Ученые из Москвы и Казани синтезировали новые моноатомные электрокатализаторы, содержащие рутений, для реакции выделения водорода высокой чистоты из водных растворов.
Уникальность разработки заключается в трехмерной структуре вещества, которая способна формировать иммобилизированные монослои на поверхности углеродных материалов. Это свойство позволит повысить экономическую эффективность устройств, работающих на водороде высокой чистоты, и сократить расход редких металлов платиновой группы в несколько тысяч раз.
Молекулярный водород высокой чистоты рассматривается в качестве экологически безопасного топлива и важного компонента для химической отрасли. Однако его получение остается затратным процессом из-за необходимости использования благородных металлов в электролизерах, топливных элементах и водородных компрессорах.
Хотя рутений сам относится к платиновой группе, его инновационные производные способны заменить металлическую платину, которая обычно применяется в качестве катодного катализатора. Ученые получили первые эффективные моноатомные катализаторы на основе рутения, применив метод постсинтетической функционализации клеточных комплексов этого металла, содержащих хлор.
На первом этапе работы был создан новый подход к синтезу производных рутения, где ион металла использовался в качестве матрицы. Один из полученных клеточных комплексов затем функционализировали для достижения сорбционных характеристик, необходимых для прочной физической адсорбции на поверхности углеродных материалов.
Молекулярный дизайн созданного катализатора и успешное получение на его основе гибридных материалов позволяют улучшить качество катодов, содержащих углерод. Это достигается за счет использования монослойной адсорбции вместо нанесения наноразмерных порошков платины, что дает возможность кратно снизить расход драгоценного металла.
Водород рассматривается как один из основных кандидатов на роль чистого энергоносителя будущего. Основными препятствиями для масштабного внедрения водородных технологий остаются высокая стоимость производства и недостаточная эффективность используемых материалов, что делает поиск альтернатив платине одной из приоритетных задач в этой области.
