В Японии разработали новый катализатор для производства водорода

В условиях глобального перехода к углеродно-нейтральному будущему, водород становится ключевым элементом энергетической трансформации. Чистый водород способен заменить ископаемое топливо в различных отраслях, снижая выбросы парниковых газов и способствуя устойчивому развитию. Он используется в топливных элементах, системах хранения энергии и является важным компонентом для декарбонизации тяжелой промышленности, такой как производство стали и цемента. Кроме того, водород обладает значительным потенциалом в транспортном секторе, обеспечивая топливо с нулевым уровнем выбросов для автомобилей, судов и даже самолетов.

Одной из основных проблем в производстве водорода является обеспечение эффективности, экономичности и экологичности процесса. Электрохимическое расщепление воды – перспективный метод, который позволяет получать чистый водород путем расщепления молекул воды с использованием электричества. Однако этот процесс требует высокоэффективных катализаторов для повышения производительности и стабильности.

Недавние исследования, проведенные в Университете Тохоку, привели к разработке усовершенствованного катализатора, который может революционизировать производство водорода. Исследователи Университета Тохоку успешно разработали высокостабильный и эффективный катализатор, улучшающий процесс электрохимического расщепления воды. Этот прорыв связан с пониманием и контролем «реконструкции» прекатализаторов – химических преобразований, происходящих во время катализа, которые могут либо усиливать, либо снижать их эффективность.

В ходе исследования прекатализатор Co2Mo3O8 подвергался потенциал-зависимой реконструкции, что привело к образованию электрохимически стабильного катализатора Co(OH)2@Co2Mo3O8. Исследователи обнаружили, что преобразование структуры поверхности прекатализатора можно контролировать с помощью приложенных электрических потенциалов. Кроме того, процесс привел к вытравливанию собственных частиц из прекатализатора в электролит, что еще больше оптимизировало каталитическую систему.

Новый катализатор продемонстрировал впечатляющие результаты в производстве водорода. Он достиг эффективности по Фарадею 99,9% по сравнению с обратимым водородным электродом (RHE), что указывает на почти полное преобразование электрической энергии в водородное топливо. Кроме того, катализатор оставался стабильным в течение более месяца, что делает его пригодным для долгосрочного промышленного применения. Это открытие представляет собой значительный шаг вперед в разработке катализаторов, предлагая практическое решение проблем эффективности и долговечности, с которыми сталкиваются современные технологии производства водорода. Улучшая долговечность и производительность катализаторов, исследователи прокладывают путь к крупномасштабному производству водородного топлива, приближая нас к более чистому энергетическому будущему.

Хэн Лю из Университета Тохоку отмечает, что сложно разработать катализатор, который хорошо работает, когда сам катализатор может меняться. Он сравнивает это с попыткой играть в теннис мячом, который меняет форму при каждом ударе. Он заключает, что существует множество проблем для разработки рациональной и общеприменимой методологии синтеза высокопроизводительных катализаторов. Он подчеркивает, что полученный в результате исследования катализатор был высокоэффективным и мог храниться в течение длительного времени, и это исследование подчеркивает его пригодность для промышленного применения.

Результаты этого исследования способствуют достижению более широкой цели – совершенствованию устойчивого производства водорода, которое необходимо для борьбы с изменением климата и снижения зависимости от ископаемого топлива. Уточняя процесс реконструкции прекатализаторов и понимая, как эволюция электролита влияет на каталитические характеристики, ученые могут разрабатывать более эффективные методологии синтеза высокопроизводительных катализаторов.

По мере того, как чистый водород набирает обороты в качестве жизнеспособного источника энергии, подобные инновации будут играть важную роль в достижении углеродной нейтральности к 2050-м годам. Способность эффективно производить водород ускорит внедрение водородных технологий в различных секторах, от хранения возобновляемой энергии до транспорта и промышленного производства. Прорыв в разработке катализаторов в Университете Тохоку знаменует собой значительный прогресс в технологии производства водорода. Благодаря повышенной эффективности, стабильности и промышленной жизнеспособности это исследование приближает нас к будущему, основанному на чистом водороде. По мере того, как страны и отрасли наращивают свои обязательства по обеспечению устойчивости, подобные инновации будут играть решающую роль в формировании более экологичного и устойчивого энергетического ландшафта.