Революционный катализатор значительно повышает эффективность производства экологически чистого водорода

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки, Тэджон, Южная Корея

Зеленый водород, получаемый путем электролиза воды, является экологически чистым источником энергии нового поколения, поскольку при его производстве не образуются такие загрязняющие вещества, как углекислый газ. Катализаторы играют решающую роль в процессе электролиза воды, расщепляя воду на водород и кислород. Эффективность производства зеленого водорода во многом зависит от производительности этих катализаторов. Таким образом, коммерциализация зеленого водорода зависит от разработки экономически эффективных катализаторов, способных поддерживать высокую производительность в течение длительного периода времени.

Исследователи из Кореи успешно разработали новый материал, который значительно повышает эффективность производства экологически чистого водорода при одновременном снижении затрат.

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал высокоэффективный катализатор на основе недрагоценных металлов для использования в электролизе воды с анионообменной мембраной (AEM). Недавно разработанный катализатор не только более доступен по цене, чем альтернативы на основе драгоценных металлов, но и демонстрирует превосходные характеристики, что приближает коммерциализацию зеленого водорода на шаг.

В настоящее время системы электролиза воды АЭМ преимущественно используют катализаторы из драгоценных металлов, таких как платина (Pt) и иридий (Ir). Однако высокая стоимость этих материалов и их склонность к деградации существенно увеличивают стоимость производства водорода. Чтобы преодолеть эту проблему, необходима разработка долговечных и доступных катализаторов на основе недрагоценных металлов.

Группа KRISS по метрологии новых материалов преуспела в разработке катализаторов из недрагоценных металлов путем введения небольшого количества рутения (Ru) в диоксид молибдена со структурой никель-молибден (MoO 2-Ni4Mo). Хотя диоксид молибдена обладает высокой электропроводностью, его использование в качестве катализатора электролиза воды ограничено из-за разложения в щелочной среде.

Благодаря комплексному структурному анализу исследователи определили, что адсорбция гидроксид-ионов (OH-) на диоксиде молибдена является основной причиной разложения.

Опираясь на эти результаты, они разработали метод включения рутения в оптимальном соотношении, чтобы предотвратить разложение диоксида молибдена. Образующиеся наночастицы рутения размером менее 3 нанометров образуют тонкий слой на поверхности катализаторов, предотвращая деградацию и повышая долговечность.

Оценка производительности показала, что новые катализаторы в четыре раза долговечнее и более чем в шесть раз активнее по сравнению с существующими коммерческими материалами.

Более того, при интеграции с тандемным солнечным элементом из перовскита и кремния катализаторы достигли замечательного КПД преобразования солнечной энергии в водород — 22,8 процента, что подчеркивает его высокую совместимость с возобновляемыми источниками энергии.

Катализаторы также продемонстрировали высокую активность и стабильность в соленой воде, производя водород высокого качества. Ожидается, что эта возможность значительно снизит затраты, связанные с опреснением.

Доктор Сунь Хва Пак, главный научный сотрудник группы метрологии новых материалов KRISS, сказал:"В настоящее время для производства зеленого водорода требуется очищенная вода, но использование настоящей морской воды может существенно снизить затраты, связанные с опреснением. Мы планируем продолжить наши исследования в этой области".

Это исследование было поддержано программой KRISS MPI Lab и проведено в сотрудничестве с командой профессора Хо Вон Чанга из Сеульского национального университета и командой доктора Сунг Мук Чой из Корейского института материаловедения.

Результаты были опубликованы в июльском выпуске журнала Applied Catalesis B:Environmental and Energy . (IF:20.2), ведущий журнал в области химического машиностроения.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Ынхе Пэ по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.