Создан новый электрод для производства водорода

Создан новый электрод для производства водорода

Учёные, по всей видимости, приблизили будущее возобновляемых источников энергии ещё на один шаг. Изобрели новую форму электрода, более эффективно осуществляющего реакцию выделения водорода (HER — Hydrogen Evolution Reaction) в кислотных условиях. Технология обещает дешевизну и продуктивность по сравнению с уже существующими методами.

Методика получения водорода электролизом

Получение водорода методом электролиза воды является важным процессом получения возобновляемой энергии. Однако сейчас одной из главных проблем подобной технологии является высокая стоимость электродов, выполненных из благородных металлов.

Более дешевые «не благородные» металлы применимы, но эффективная кислотно-фазовая реакция требует создания компонентов из дефицитных металлов, подобных платине. К тому же особенность кислотных электролитов – высокий уровень коррозии («едят» металл).

Между тем исследователи Университета Цукубы обнаружили необычные свойства «дырявого» графена, которые могут решить проблему. Учёными использовались листы графена, легированные азотом, для инкапсулирования никель-молибденового (NiMo) электродного сплава.

При этом значимой отметилась такая деталь, как применение графена, пробитого отверстиями нанометрового размера, подобно дуршлагу. Как показали эксперименты, в кислотных условиях новая система HER значительно превосходит конструкции с использованием обычного, не пробитого графена.

Использование графена в электродах HER не нова. Этот гибкий проводящий углеродный лист идеально подходит для защиты металлического сердечника. Однако, защищая металл от коррозии, графен также подвергается химической активности.

Особенности модифицированной конструкции

В новой конструкции важную роль исполняют отверстия, которые способствуют эффективности реакции. Фактически, отверстия — это пробелы, окруженные химически активными гребнями — «бахромой». Технически эти гребни являются структурными дефектами, но они управляют химией электрода.

По сравнению с обычным графеном, модифицированные электроды более гидрофильные. Это привлекает гидронит (H3O +) в кислотном растворе, который играет решающую роль в действии механизма HER.

Модифицированные электроды показывают лучшее адсорбирование одиночных атомов H, что обеспечивает дополнительную площадь поверхности для другого важного процесса HER.

В результате H2 получают так же эффективно, как на обычном (но дорогостоящем) электроде типа Pt-C. Между тем, непустая часть графена защищает металлический катализатор от растворения в кислоте

Универсальный графеновый электрод

Эту новую конструкцию электродов, выделяющих водород, можно считать универсальной. Цель разработчиков заключалась  в том, чтобы минимизировать перенапряжения, возникающие в процессе реакции.

Свойства электрода не ограничиваются одним конкретным свойством катализатора. Конструкция построена так, что именно «дырявый» графеновый слой специально настроен под NiMo-катализатор оптимизацией размера и числа отверстий.

Что примечательно, катализатор остаётся стабильным в кислоте, несмотря на присутствие отверстий. В будущем «дырявый» графен возможно подгонять под ряд металлов, повышая тем самым эффективность производства водорода в полномасштабном освоении.


Источник новости: University of Tsukuba


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *