Ученые Московского физико-технического института разработали новый катализатор, который может сделать производство водорода из воды более доступным и эффективным. Работа была посвящена созданию материала на основе соединений марганца, селена и неодима.
Водород часто называют одним из ключевых видов топлива будущего. При его использовании не образуется углекислый газ. В идеальном случае продуктом реакции становится обычная вода. Однако широкому распространению "зеленого" водорода мешает высокая стоимость его производства.
Одним из наиболее экологически чистых способов является электролиз, при котором вода расщепляется на водород и кислород с помощью электрического тока. Для эффективной работы электролизеров необходимы вещества, ускоряющие химическую реакцию. Лучшие катализаторы для получения водорода обычно содержат платину и другие благородные металлы. Они работают эффективно, но стоят дорого. По этой причине ученые по всему миру ищут более дешевые альтернативы.
Специалисты Московского физико-технического института предложили использовать в качестве катализатора структуру, состоящую из селенида марганца и оксида неодима. Это не просто смесь двух веществ, а материал, в котором разные компоненты соприкасаются друг с другом и за счет этого усиливают полезные свойства.
Испытания показали, что новый катализатор эффективно работает в щелочной среде. Для достижения стандартной плотности тока 10 мА/см2 требуются всего 83 мВ дополнительного напряжения. Чем меньше это значение, тем меньше энергии теряется в процессе получения водорода. Кроме того, материал смог работать при более высокой плотности тока 100 мА/см2 при напряжении 152 мВ и сохранял стабильность в течение 80 часов.
Такие перспективные характеристики связаны с особой структурой материала. На границе селенида марганца и оксида неодима возникает взаимодействие, которое облегчает движение электронов и делает поверхность катализатора более активной. Пористая структура также помогает. Она увеличивает площадь контакта материала с раствором, что физически создает больше мест, где может образовываться водород.
Пока речь идет о лабораторном исследовании, а не о готовом промышленном устройстве, однако такие материалы могут стать основой для новых поколений электролизеров, если дальнейшие испытания подтвердят их долговечность, масштабируемость и экономическую эффективность.
Разработка подобных катализаторов важна для перехода к низкоуглеродной энергетике. Чем дешевле и эффективнее будет производство водорода из воды с использованием возобновляемой электроэнергии, тем ближе станет его применение в промышленности, транспортном секторе и системах хранения энергии.
