Дешевый катализатор ускорит эру «зеленого» водорода

Мировое сообщество активно движется в сторону использования более чистых источников энергии, и «зеленый» водород становится одним из перспективных решений для снижения выбросов углекислого газа и достижения целей устойчивого развития. Однако широкому распространению «зеленого» водорода препятствует высокая стоимость его производства, во многом связанная с использованием дорогих катализаторов на основе платины.

Ученые из Токийского научного университета (TUS) совершили прорыв, разработав инновационный катализатор, который не уступает платине по эффективности, но при этом значительно дешевле. Это достижение может кардинально изменить технологию реакции выделения водорода (HER) и ускорить переход к более экологичному энергетическому будущему.

Производство «зеленого» водорода набирает обороты и становится ключевым элементом перехода к чистой энергии. Команда ученых из TUS в сотрудничестве с исследователями из Токийского университета и Киотского технологического института разработала новый катализатор для выделения водорода. Этот материал, координационные нанолисты бис(диимино)палладия (PdDI), обеспечивает каталитическую эффективность, сравнимую с платиной, но при значительно меньших затратах.

Данное исследование представляет собой значительный шаг вперед в технологии HER – важнейшем процессе электролитического расщепления воды для получения водорода. HER является основой эффективного производства «зеленого» водорода, в ходе которого вода преобразуется в газообразный водород. Традиционно в этой реакции ключевую роль играли платиновые катализаторы, способствующие образованию молекул водорода на поверхности электрода. Несмотря на свою эффективность, платина редка и дорога, что делает крупномасштабное производство «зеленого» водорода экономически невыгодным.

Для решения этой проблемы исследовательская группа TUS разработала нанолисты на основе палладия с использованием простого процесса синтеза. Эти нанолисты PdDI максимизируют каталитическую активность, одновременно снижая зависимость от дорогих драгоценных металлов. Команда использовала два различных метода изготовления – межфазный синтез газ-жидкость и электрохимическое окисление – для получения двух вариантов PdDI (C-PdDI и E-PdDI). Электрохимически синтезированный E-PdDI продемонстрировал сверхнизкое перенапряжение 34 мВ, сравнимое с 35 мВ для платины, что указывает на минимальные затраты энергии, необходимые для производства водорода. Кроме того, плотность тока обмена 2,1 мА/см² соответствует характеристикам платины, что делает его одним из самых эффективных катализаторов HER на сегодняшний день.

Долговечность катализатора – решающий фактор в коммерческом производстве водорода. Нанолисты PdDI продемонстрировали замечательную прочность, сохраняя структурную целостность даже после 12 часов пребывания в сильнокислой среде. Эта стабильность подтверждает их потенциал в качестве замены платины в промышленных системах производства водорода.

Помимо экономической выгоды и высокой производительности, нанолисты PdDI способствуют достижению целей устойчивого развития. Снижая зависимость от платины, они помогают сократить выбросы, связанные с горнодобывающей промышленностью, и способствуют эффективному использованию ресурсов. Содержание палладия в этих нанолистах значительно ниже, чем в электродах на основе платины, что соответствует глобальным усилиям по повышению экологичности водородной энергетики.

Внедрение нанолистов PdDI может коренным образом изменить различные отрасли, включая производство водородных топливных элементов, хранение энергии и транспорт. Этот прорыв также согласуется с Целями устойчивого развития ООН (ЦУР), в частности, с ЦУР 7 («Доступная и чистая энергия») и ЦУР 9 («Индустриализация, инновации и инфраструктура»). Широкое применение этих катализаторов может снизить стоимость транспортных средств, работающих на водороде, и промышленного использования водорода, ускорив переход к более чистому энергетическому будущему.

Исследовательская группа TUS сосредоточена на оптимизации нанолистов PdDI для коммерческого применения. Дальнейшие разработки позволят этому инновационному катализатору сделать производство «зеленого» водорода более доступным и экономически эффективным в глобальном масштабе, открывая новую эру устойчивых энергетических решений.