Ученые из Японии нашли способ превратить то, что раньше считалось бесполезной «зеленой ржавчиной», в рабочий катализатор для водородных технологий.
«Зеленая ржавчина» — это не совсем та ржавчина, что на старых трубах или железных воротах. Научное название — смешанновалентный гидроксид железа. Это минерал из группы слоистых двойных гидроксидов: в его структуре чередуются слои с ионами железа (часть в виде Fe²⁺, часть — Fe³⁺) и анионы, которые располагаются между ними. За счет такого устройства он выглядит зеленоватым, отсюда и пошло название «green rust» («зеленая ржавчина»).
Более дешевая альтернатива, но не менее эффективная
Главная загвоздка водородной энергетики заключалась именно в платине. Без нее реакции шли слишком медленно, но высокая стоимость благородного металла делала массовое внедрение нерентабельным. Новый катализатор ломает эту схему: дешевая «ржавчина» после модификации работает не хуже, а иногда даже лучше платины.
Группа под руководством доктора Юсуке Иде из Национального института материаловедения решила проблему неожиданным ходом. Они взяли «зеленую ржавчину» и обработали ее частицами медного хлорида. На краях кристаллов образовались крошечные кластеры оксида меди, которые работают как активные точки для выделения водорода. Получился катализатор, который справляется с задачей не хуже дорогих аналогов, а иногда даже превосходит их. Результаты их работы опубликованыв Electronic Engineering Journal.
Сам минерал устроен необычно: это слоистая структура, где соседствуют ионы железа разных валентностей и прослойки из анионов. Благодаря такой архитектуре он хорошо ловит солнечный свет. Энергия от фотонов передается медным включениям и ускоряет гидролиз, так что водород выделяется быстрее.
В тестах катализатор показал высокую скорость работы и при этом выдержал многократные циклы без потери активности. Другими словами, он не только эффективен, но и надежен, что редко удается совместить в подобных экспериментах.
Водородные технологии станут дешевле и доступнее
Практическая ценность в том, что материал работает при обычной температуре и его производство не требует сложных технологий. Значит, его можно относительно легко встроить в уже существующие системы хранения и генерации водорода.
Исследователи отмечают, что низкая стоимость, в отличие от платины и простота метода открывают дорогу к реальному применению в транспорте — от легковых машин до морских судов. Если совместить эту разработку с более дешевыми способами получения самого борогидрида натрия, на которых тоже ведутся работы, можно ускорить переход к чистой водородной энергетике.
«Мы рассчитываем, что наш катализатор найдет применение в бортовых топливных элементах и поможет сделать транспорт безвредным для атмосферы», — подчеркнул доктор Иде.
Пока еще предстоит проверить технологию в промышленных масштабах, но первые результаты выглядят многообещающе.
Росатом представил новые топливные модули для реакторов будущего
Найдено вещество, которое поможет заменить бензин топливом из опилок
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram