.jpg)
Ученые синтезировали соединение из меди, хрома и серы, которое служит катализатором для синтеза водорода. Этот метод открывает перспективы для производства экологически чистого и более дешевого топлива. Новый катализатор отличается высокой эффективностью и экономичностью, если сравнивать с аналогами, не содержащими серу. Исследование получило грант Российского научного фонда.
Водородная энергетика может стать хорошей альтернативой ископаемым нефти и газу. При сжигании водород образует воду, а не углекислый газ, поэтому водородное топливо считается возобновляемым и экологически чистым, а переход на водородную энергетику позволит снизить выбросы парниковых газов.
Чтобы добыть из воды водород, ее окисляют с помощью катализаторов, ускоряющих химические превращения, под действием которых она разлагается на ионы водорода и кислород. Потом полученные ионы за счет другого катализатора объединяют в молекулярный водород. Катализаторы при этом размещают на разных электродах электрохимической ячейки, в которой энергия электрического тока преобразуется в энергию химических реакций. При протекании тока через электрохимическую ячейку на одном электроде происходит расщепление воды, а на другом идет синтез водорода. Катализаторами могут выступать такие металлы как кобальт, платина, иридий и никель, однако они довольно дороги, и добыча водорода с их помощью увеличивает цену топлива. Ученые ищут альтернативные соединения из более дешевых металлов, чтобы достичь такой же производительности, как у соединений с платиной, катализатор из которой запускает не менее 15-20 реакций в секунду.
Ученые из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева (Москва), Университета имени короля Халида (Саудовская Аравия), Университета нефти и полезных ископаемых короля Фахда (Саудовская Аравия) и Уханьского технологического университета (Китай) синтезировали катализатор из сплава на основе меди и хрома с добавлением серы. Авторы исследования пропитали раствором хлорида хрома структуру из меди с большим количеством пор и каналов, а затем обжигали ее сначала в течение 12 часов при 180 oC, а затем 3-4 часа при 500 oC в бескислородных условиях. Большая площадь поверхности катализатора за счет пор медной пены позволяет связывать большое количество молекул воды и протонов, что увеличивает его эффективность.
Получившуюся пластину ученые погрузили в раствор сульфида натрия и обжигали при температуре 90 oC в течение нескольких часов, чтобы присоединить к катализатору серу. Сера повышает проводимость металлов и прочность связи, образующейся между ионом водорода и катализатором.
Авторы исследования проверили эффективность нового катализатора, опустив полученную пластину в воду и измерив, насколько быстро в ее присутствии генерируется молекулярный водород. Новое соединение позволило снизить затраты на электричество для выделения водорода в 1,5 раза. Эффективность катализаторов с серой, полученных путем 12-часового обжига, оказалась почти равна эффективности платинового катализатора.
Благодаря сочетанию высокой каталитической активности, стабильности и низкой себестоимости разработанный катализатор с серой представляет значительный интерес для промышленного применения. Его использование в производстве "зеленого" водорода способно сделать водородную энергетику более доступной, существенно снизив стоимость экологически чистого топлива.
