Водород рассматривается как один из ключевых энергоносителей будущего благодаря высокой теплотворной способности и отсутствию углеродных выбросов. Перспективным методом его получения считается электролиз воды с помощью протонообменной мембраны (PEMWE), который при использовании возобновляемых источников энергии становится основой для производства «зеленого» водорода. Однако широкому внедрению технологии мешает высокая стоимость и недостаточная эффективность катализаторов из драгоценных металлов.
Проблемой существующих одноатомных катализаторов, где каждый атом металла является активным центром, оставалась склонность этих атомов к слипанию в процессе эксплуатации, что снижало их производительность. Решение предложила исследовательская группа из Университета Донгук в Южной Корее под руководством Джитендры Н. Тивари и Янг-Кю Хана. Ученые разработали новый метод синтеза, который предотвращает агрегацию атомов.
«Наша технология использует гидроксиды металлов в качестве своего рода „жертвенного шаблона“, который удаляется в процессе высокотемпературной обработки», — объясняет доктор Тивари. Этот подход создает физическое препятствие, которое не позволяет атомам металла сближаться. В результате получаются стабильные катализаторы, в которых отдельные атомы равномерно распределены по поверхности материала. Результаты исследования были опубликованы в журнале Materials Science & Engineering R.
В ходе экспериментов был синтезирован катализатор на основе платины, который показал выдающиеся характеристики. Скорость производства водорода оказалась в 72–78 раз выше, чем у коммерческих аналогов, при рекордно низких энергозатратах. Материал также продемонстрировал высокую долговечность, сохраняя производительность более 200 часов непрерывного тестирования. Созданная на его основе система превзошла целевые показатели Министерства энергетики США на 2026 год, что подтверждает ее промышленный потенциал.
Ученые успешно применили свой метод и для других металлов, таких как иридий, палладий и рутений, доказав универсальность подхода. «Наша стратегия открывает новый путь для синтеза высокоактивных катализаторов, — заключил профессор Янг-Кю Хан. — Отличные характеристики могут впервые сделать водород экономически конкурентоспособным с ископаемым топливом, что ускорит переход на водородные технологии и внесет вклад в борьбу с изменением климата».