Дни дорогостоящих платиновых катализаторов сочтены

Буквально на днях мы сообщили о том, что исследователи нашли способ сократить количество платины в катализаторах топливных элементов, а сегодня стало известно, что американские исследователи открыли новый эффективный катализатор совсем без платины.

Дешевый аналог, который разработали ученые из Калифорнийского университета в Беркли, способен вырабатывать водородное топливо из воды с эффективностью платины, которая пока является самым эффективным, но и самым дорогим катализатором реакции расщепления воды.

Катализатор состоит из листов карбида нанометровой толщины. Изготовлен он с помощью процесса самосборки, основанного на совершенно неожиданном ингредиенте — желатине.

— Платина дорогая, поэтому нужны альтернативы, заявил старший автор Ливей Лин, профессор. — В качестве основы мы использовали желатин и дополнили компонентами, которых на планете достаточно. Так и получили недорогой материал для важных каталитических реакций.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Как получают водород

Чтобы разделить воду на кислород и водород, достаточно пропустить через нее электрический заряд, способный разорвать связи между атомами молекулы воды. Полученный водород используется в топливных элементах, а также в устройствах для хранения возобновляемой энергии, такой как солнечная и ветряная.

Однако просто взять и воткнуть в стакан с водой электрод — крайне неэффективный способ. На протяжении вот уже 20 лет ученые ищут катализаторы, способные ускорить эту реакцию, чтобы она была практичной и пригодной для масштабирования.

— Пока доминирует использование водяного газа для получения водорода в промышленных масштабах. Однако здесь есть побочный продукт — углекислый газ, сообщил первый автор Цзинь Инь Чжан. — В последнее десятилетие растут объемы производства водорода электрокаталитическим путем. Для электрогидролиза требуются эффективные и доступные катализаторы.

В процессе создания нового катализатора ученые смешали желатин с ионами металлов — молибдена, вольфрама и кобальта — и с водой, а затем дали смеси высохнуть.

— Когда желатин высыхает, он самостоятельно собирается слой за слоем, отметил Лин. — Ионы металла оказываются внутри этих слоев.

Нагрев смеси до 600 градусов по Цельсию запускает реакцию металлических ионов с атомами углерода в желатине, в результате чего образуются большие тонкие листы нанометрового металлического карбида, а излишки желатина сгорают.

Ученые испытали эффективность новых катализаторов, поместив их в воду и пропустив через них электрический ток. Лучше всех сработал слой карбида молибдена, чуть менее эффективным был карбид вольфрама, и хуже всех проявил себя карбид кобальта. Зато если к ионам молибдена в начале реакции добавляли немного кобальта, итоговая эффективность возрастала.

— Мы не исключаем, что другие формы карбида окажется еще более эффективными, признал Лин.

Одна из причин успешности катализатора — его двухмерная форма, поскольку воде для реакции прежде всего требуется большая площадь поверхности, а не объем.

Рецепт получения нового катализатора довольно прост, и ничто не помешает масштабировать его производство.

— Мы сравнили эффективность новинки с платиновым катализатором и практически не заметили разницы, заключил Лин. — Это значит, что дорогую платину наконец-то есть чем заменить.

15.12.2018


Подписаться в Telegram



Энергия

JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа

Фотокаталитическое выделение водорода из ...

Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федеральног...

IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей

Исследователи из Национальной лаборатории...

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред