Разработан метод интегрирования катализатора электролиза воды в трехмерную структуру. Это решение позволяет ускорить процесс производства водорода и повысить его стабильность.
Водород играет значительную роль в науке и промышленности, что обусловлено его уникальными характеристиками. Он является самым легким химическим элементом и обладает высокой плотностью энергии, что позволяет использовать его в качестве топлива, не производящего вредных выбросов. Продуктом сгорания водорода является исключительно вода. В процессе окисления водород взаимодействует с двумя атомами кислорода, формируя соединение H₂O.
Благодаря этим свойствам водород представляется перспективным источником экологически чистой энергии. Вместе с тем, его создание по-прежнему требует значительных затрат энергии. Ученые работают над повышением эффективности электролиза воды, чтобы обеспечить этот процесс с использованием возобновляемых источников энергии для получения водорода.
Электролиз воды — это процесс, в ходе которого вода разлагается на составляющие элементы под действием электрического тока. Воду разными способами приводят в контакт с электродами, катодом и анодом. К электродам присоединен источник тока. При пропускании тока на катоде образуется водород, а на аноде — кислород. Они быстро аккумулируются из свободных атомов в молекулярные водород (H₂) и кислород (O₂).
Реакцию, в ходе которой вода медленно разлагается на кислород и водород, принято называть реакцией выделения кислорода ( oxygen evolution reaction, OER). Ускорить OER можно с помощью катализаторов из благородных металлов. Золото, серебро, платина, иридий — редкие и дорогие металлы, а для ускорения реакции с их участием требуется дополнительная энергия.
Новый метод электрохимического расщепления воды был разработан международной группой исследователей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
В качестве катализатора применяется новый метод, использующий атомарно распределенный иридий. Металл интегрирован в структуру, содержащую диметилимидазол, гидроксид кобальта и гидроксид железа. Ключевым нововведением команды ученых стало расположение этих компонентов: они объединены в трехмерную структуру, что позволило повысить эффективность и производительность процесса разложения воды.
Предложенный учеными метод существенно повышает активность OER и потребляет мало дополнительной энергии. Объемная структура использует только отдельные атомы иридия, что удешевляет применение катализатора и делает ускоренную реакцию стабильной.