Новый катализатор получен из возобновляемого растительного сырья. Он обладает значительным потенциалом для повышения производительности экологически чистого водорода. Согласно сообщению ScienceDaily, катализатор создается путем включения наночастиц оксида никеля и оксида железа в углеродные волокна, синтезированные из лигнина.
Катализатор характеризуется низким уровнем перенапряжения — всего 250 мВ при нагрузке 10 мА/см², оставаясь активным более 50 часов при повышении плотности тока. Это делает его конкурентной и доступной альтернативой традиционным катализаторам на основе драгоценных металлов, широко используемым в промышленных процессах разделения воды.
«Одной из главных проблем на пути к эффективному производству водорода является выделение кислорода. Наш катализатор, приготовленный из лигнина — недорогостоящего побочного продукта лесообрабатывающего сектора, — проявляет отличные рабочие характеристики и высокую стабильность, что приближает нас к экологически чистому и экономически целесообразному крупномасштабному производству водорода», — заявляет ведущий автор исследования Яньлинь Цинь из Гуандунского технологического университета.
Лигнин, один из наиболее распространенных природных полимеров, обычно сжигается с низкой энергоэффективностью. Эксперты извлекли из лигнина углеродные волокна с помощью электроформовки и последующего нагревания, создав основу для размещения частиц оксида металла. Итоговый продукт включает легированные азотом углеродные волокна, что способствует быстрому распределению заряда, увеличению активной площади и механической прочности.
Электронно-микроскопический анализ обнаружил формирование наноструктур оксидов никеля и железа внутри углеродных волокон. Такая гетероструктура облегчает присоединение и удаление промежуточных молекул, играя решающую роль в реакции выделения кислорода. Комбинация металлических оксидов с проводящими углеродными волокнами усиливает электронную проводимость и предотвращает агрегацию частиц, что часто наблюдается в стандартных катализаторах на основе неблагородных металлов.
Испытания подтвердили, что катализатор превосходит традиционные однокомпонентные металлические аналоги, особенно при высоких плотностях тока, встречающихся в практике электролиза. Показатель угла наклона кривой Тафеля равен 138 мВ на декаду, что свидетельствует о высокой скорости химической реакции.
Итоги исследования подчеркивают возрастающее значение биомассовых материалов в энергетике. Объединяя природные углеродные составляющие с точно сконструированными металлоксидными поверхностями, разработчики добились соответствия международным стандартам, предъявляемым к экономически эффективным и экологически безопасным решениям в сфере энергетики будущего.
Тем временем российские специалисты научились управлять коллективным колебанием электронов.