В последнее время водород все чаще рассматривается в качестве энергоносителя, так как он имеет ряд преимуществ по сравнению с ископаемыми топливами. Атомы водорода являются самыми распространенными во Вселенной, и их получение можно отнести к возобновляемым источникам энергии. К тому же побочным продуктом горения этого газа является экологически чистый продукт — вода, объяснили специалисты Томского политехнического университета (ТПУ).
Однако получение этого простого вещества в промышленности является процессом затратным и достаточно опасным, уточнили эксперты.
Генерация водорода с минимальными затратами в промышленных масштабах осуществляется с использованием электролиза — расщепления молекул воды при прохождении через нее электрического тока. Однако в этом процессе требуется катализатор — вещество, которое снижает затраты на электроэнергию. Наибольшую каталитическую активность при электролизе воды показывают дорогостоящие металлы платиновой группы.
В качестве альтернативы существующим драгоценным катализаторам ученые ТПУ и Цзилиньского университета (Китай) разработали простой в получении катализатор электролиза воды на основе карбида молибдена, который, по их словам, превосходит по стойкости существующие аналоги в семь раз.
«Мы разработали структуру, которая представляет собой оксид молибдена на поверхности карбида молибдена, интегрированного в графитовую матрицу с добавлением атомов азота. Синтез нового катализатора простой и энергоэффективный в сравнении с прямыми аналогами, а стабильность он сохраняет в течение 15 дней, тогда как аналогичные катализаторы выходят из строя за 50 часов работы», — объяснила одна из авторов публикации, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Юлия Васильева.
Она добавила, что получение нового катализатора проводится безвакуумным электродуговым методом, который применяется для получения сверхтвердых материалов в производстве абразивов, полирующих материалов и износостойких покрытий. В отличие от других способов получения карбидов различных элементов, этот не требует громоздкого оборудования и изоляции реакционной среды, синтез происходит на открытом воздухе.
«Активность катализатора в реакции выделения водорода оценивается по величине перенапряжения. У эталонного катализатора на основе платины эта величина составляет −31 мВ, чем ближе перенапряжение к этому значению, тем лучше. У большинства существующих аналогов, которые сложно и дорого производить, эта характеристика находится в среднем диапазоне −200−250 мВ. Перенапряжение нашего катализатора на уровне −148 мВ, при этом он выгодно отличается в плане простоты синтеза», — подчеркнула Васильева.
В будущем специалисты планируют улучшить характеристики нового катализатора и продолжить поиск более эффективных составов.
Томский политехнический университет — участник программы «Приоритет-2030» российского национального проекта «Наука и университеты».
