Ключом к продвижению водородной экономики, представленной водородными автомобилями, является производство водорода для выработки электроэнергии по доступной цене. Способы производства водорода включают улавливание побочного водорода, преобразование ископаемого топлива и электролиз воды. В частности, электролиз воды — это экологически чистый метод производства водорода, в котором использование катализатора является наиболее важным фактором, определяющим эффективность и конкурентоспособность цен. Однако для устройств электролиза воды требуется платиновый (Pt) катализатор, который демонстрирует беспрецедентные характеристики, когда речь идет об ускорении реакции образования водорода и повышении долговечности, но имеет высокую стоимость, что делает его менее конкурентоспособным по сравнению с другими методами с точки зрения цены.
Существуют устройства для электролиза воды, которые различаются по электролиту, который растворяется в воде и пропускает ток. Например, устройство, в котором используется протонообменная мембрана (PEM), демонстрирует высокую скорость реакции образования водорода даже при использовании катализатора из переходного металла вместо дорогостоящего катализатора на основе Pt. По этой причине было проведено множество исследований технологии в целях коммерциализации. В то время как исследования были сосредоточены на достижении высокой реакционной активности, исследованиям по увеличению долговечности переходных металлов, которые легко корродируют в электрохимической среде, уделялось сравнительно мало внимания.
Корейский институт науки и технологий (KIST) объявил, что группа, возглавляемая доктором Сунг-Чон Ю из Центра исследований водородных топливных элементов, разработала катализатор из переходного металла с долгосрочной стабильностью, который может повысить эффективность производства водорода. без использования платины за счет решения проблемы долговечности неплатиновых катализаторов.
Исследовательская группа ввела небольшое количество титана (Ti) в фосфид молибдена (MoP), дешевый переходный металл, в процессе пиролиза распылением. Поскольку молибден недорог и относительно прост в обращении, он используется в качестве катализатора для устройств преобразования энергии и накопления, но его недостаток заключается в том, что он легко подвержен коррозии, поскольку он уязвим для окисления.
В случае катализатора, разработанного исследовательской группой KIST, было обнаружено, что электронная структура каждого материала полностью реструктурировалась в процессе синтеза, и это привело к тому же уровню активности реакции выделения водорода (HER), что и у платины. катализатор. Изменения в электронной структуре решили проблему высокой коррозионной активности, тем самым улучшив долговечность в 26 раз по сравнению с существующими катализаторами на основе переходных металлов. Ожидается, что это значительно ускорит коммерциализацию неплатиновых катализаторов.
Доктор Ю из KIST сказал: «Это исследование важно тем, что оно улучшило стабильность системы электролиза воды на основе катализатора переходных металлов, что было ее самым большим ограничением. Я надеюсь, что это исследование, которое повысило эффективность реакции выделения водорода катализатор на основе переходного металла до уровня платиновых катализаторов и в то же время улучшенная стабильность будет способствовать более ранней коммерциализации экологически чистой технологии производства водородной энергии».
Источник: phys.org
Фото: Корейский институт науки и технологий (KIST)