Результаты проекта представлены в рамках гранта РНФ.
Водород как ключ к зеленой энергии
Мировое движение к экологически чистой энергетике усиливает интерес к водороду. Его применение практически не оставляет углеродного следа, способствуя сокращению вредных выбросов. Перспективный метод получения водорода – электролиз воды, расщепляющий ее на кислород и водород под действием тока. Однако сложность в том, что медленная стадия выделения кислорода требует больших энергозатрат, снижая рентабельность производства. Традиционно для ускорения реакции используют дорогостоящие катализаторы из редких металлов, таких как платина или рутений.
Доступная и устойчивая альтернатива
Ученые представили инновационное решение – высокоэнтропийный оксидный катализатор, описанный в работе. Разработка велась специалистами из МИЭМ НИУ ВШЭ, Казанского федерального университета, Южно-Уральского государственного университета, а также партнерами из Института энергетических исследований Каталонии (IREC), ICREA (Барселона) и Тебризского университета.
Исследователи объединили в единую кристаллическую решетку шесть металлов: кобальт, железо, марганец, медь, никель и хром. Такая структура создала множество активных центров для реакции и обеспечила высокую долговременную стабильность материала, что было ключевым достижением.
Оптимальный состав и его преимущества
Катализатор синтезировали в виде наночастиц, закрепленных на различных углеродных основах: графите, оксиде графена и восстановленном оксиде графена. Наилучшие результаты показал вариант с восстановленным оксидом графена. Он эффективно распределил наночастицы, предотвратил их слипание и существенно улучшил электропроводность всей системы.
Каталитическая эффективность этого материала выразилась в рекордно низком оверпотенциале – всего 290 мВ, что в 2.6 раза ниже показателя исходного образца (770 мВ). Оверпотенциал (разница между теоретическим и реальным потенциалом запуска реакции) является ключевым индикатором эффективности: его снижение значительно ускоряет и облегчает протекание процесса.
Стабильность и перспективы масштабирования
Лабораторные испытания подтвердили выдающуюся стабильность катализатора: он без потерь эффективности функционировал на протяжении 12 часов непрерывной работы при хорошей электропроводности. Этот результат – значительный прорыв на лабораторном уровне. Хотя для выхода на промышленные масштабы необходимы дальнейшие длительные тесты, уникальные характеристики материала делают его крайне перспективным для создания новых поколений электролизеров.
Авторы подчеркивают, что разработанная комбинация высокоэнтропийного оксида и восстановленного графена успешно преодолевает типичные ограничения стандартных катализаторов, предлагая удачное сочетание превосходной активности, стабильности и экономической доступности.
