Металлическая стружка
может повлиять
на энергетику.
Группа учёных из Химической школы и инженерного факультета Ноттингемского университета придумала как ускорить и стабилизировать процесс выделения водорода из воды. Исследователи обнаружили, что текстура поверхности обычной металлической стружки ‒ отходов металлообработки ‒ на наноуровне имеет крошечные неровности. Возникла идея попытаться закреплять в них атомы платины или кобальта и создать таким образом более дешёвый электрокатализатор.
Как известно, водород ‒ это чистое топливо, которое можно использовать для выработки тепла или энергии транспортных средств, а единственным побочным продуктом его сгорания является водяной пар. Сегодня электролиз воды стал одним из наиболее перспективных и экологически чистых способов производства, но ему требуются редкие и дорогие элементы вроде платины, которые выступают ускорителями реакции ‒ катализаторами.
Идея с металлической стружкой, к которой прибегли учёные, в том как раз, что она, будучи использованной в качестве носителей атомов драгметаллов, помогает более экономно их расходовать. Мало того, она в избытке встречается повсеместно в металлообрабатывающей промышленности и является её побочным продуктом.
«Только в Великобритании промышленные предприятия ежегодно производят миллионы тонн металлических отходов, ‒ рассказывает возглавивший исследовательскую группу доктор Хесум Алвес Фернандес, химик из университета Ноттингема.
Посредством магнетронного распыления в специальной камере учёные создали подобие дождя из атомов платины, осаждающихся на поверхности стружки. Затем из этих атомов формируются нано частицы, которые плотно прилегают к соизмеримым канавкам.
«Замечательно, что мы можем производить водород из воды, используя лишь десятую часть количества загружаемой платины по сравнению с современными коммерческими катализаторами, ‒ воодушевлён достижением доктор Мадасами Тангамуту, аспирант Ноттингемского университета, который отвечал за анализ структуры и электрокаталитической активности новых материалов. ‒ Мы смогли создать электролизер лабораторного масштаба, который работает со 100% эффективностью и производит 0,5 литра газообразного водорода в минуту всего из одного куска стружки».
Тесты продемонстрировали сильную синергетическую взаимосвязь между металлом поверхности стружки и каталитически активными центрами (так назвали наноскопления атомов, за счёт которых и ускоряется реакция), так что только некоторые комбинации приводят к созданию эффективных электрокатализаторов. Более того, оказалось, что поверхностная плотность атомарно нанесённых платины или кобальта оказывает глубокое влияние на строение этих активных центров. Получаемая морфология, как это называют авторы работы, обеспечивает катализатор естественным механизмом оптимизации искомых характеристик, что позволяет ему работать без снижения активности в течение 24 часов.
Это исследование действительно способно привести нас к более экологичному изготовлению электродов и эффективному получению водорода при электролизе щелочной воды.
«Наша уникальная технология <…> решила две основные проблемы, ‒ поясняет Андрей Хлобыстов, профессор Химического факультета Ноттингемского университета. ‒ Во-первых, это позволяет производить экологически чистый водород с использованием минимально возможного количества драгоценного металла, а во-вторых, перерабатывает металлические отходы аэрокосмической промышленности за один процесс».
По материалам АРМК.
