Исследователи из Университета Хьюстона и Калифорнийского технологического института сообщили о недорогом гибридном катализаторе, способном разделять воду на водород, пригодный для крупномасштабной коммерциализации.
В большинстве систем для разделения воды на ее компоненты - водород и кислород - требуется два катализатора, один - для реакции на выделение водорода и второй для получения кислорода. Новые катализаторы, изготовленные из железа и динилцеллюлозы на коммерчески доступной никелевой пене, выполняют обе функции.
Исследователи заявили, что он может значительно снизить количество энергии, требуемой для производства водорода из воды, одновременно создавая высокую плотность тока, мера производства водорода. Более низкие требования к энергии означают, что водород может производиться по более низкой цене.
«Это ставит нас ближе к коммерциализации, - сказал Жифенг Рен, профессор MD Anderson профессор физики в UH, и ведущий автор статьи, описывающей новый катализатор, опубликованный в пятницу в Nature Communications .
Водород считается желательным источником чистой энергии в виде топливных элементов для питания электродвигателей или сжигается в двигателях внутреннего сгорания наряду с рядом промышленных применений. Поскольку он может быть спрессован или преобразован в жидкость, его легче хранить, чем некоторые другие виды энергии, сказал Рен, который также является исследователем Техасского центра сверхпроводимости в UH.
Но найти практический, недорогой и экологически безопасный способ производства большого количества газообразного водорода - особенно путем разделения воды на его составные части - был проблемой.
Большинство водорода в настоящее время производится путем реформинга пара метана и газификации угля; эти методы поднимают углеродный след топлива, несмотря на то, что он горит чисто.
И хотя традиционные катализаторы могут производить водород из воды, соавтор Шуо Чен, доцент физики UH, сказал, что они обычно полагаются на дорогие элементы платиновой группы. Это повышает стоимость, делая нерасторжимым крупномасштабное разделение воды.
«Напротив, наши материалы основаны на богатых землей элементах и демонстрируют сопоставимую производительность с материалами из платиновой группы», - сказала она. «Это может быть потенциально увеличено по низкой цене, что делает его очень привлекательным и перспективным для коммерциализации разделения воды».
Исследователи заявили, что катализатор остается стабильным и эффективным через более чем 40 часов испытаний.
Новый катализатор, как они писали, «оказался выдающимся бифункциональным катализатором общего расщепления воды, демонстрируя как чрезвычайно высокую реакцию ОЭР (реакция выделения кислорода), так и реакцию HER (реакция выделения водорода) в том же щелочном электролите. Действительно, он устанавливает новый записывают в электролизеры с щелочной водой (1,42 В, чтобы получить 10 мА см -2 ), тогда как при коммерчески допустимой плотности тока 500 мА см -2 . "
Предыдущие катализаторы использовали различные материалы для стимулирования реакции получения водорода, чем те, которые используются для получения кислорода. Рен сказал, что взаимодействие между частицами фосфида железа и частицами фосфата диникеля усилило обе реакции. «Как-то совместные усилия этих двух материалов лучше, чем любые отдельные материалы», - сказал он.
В дополнение к Рену и Чену, другие авторы в этой статье включают Fang Yu, Haiqing Zhou и Jingying Sun, все с Отделом физики UH; Фан Цинь и Цзиминг Бао с Департаментом электротехники и вычислительной техники в UH; и Юфэн Хуан и Уильям А. Годдард III Центра моделирования материалов и процессов в Калифорнийском технологическом институте.
