Платиновый нанокатализатор для эффективности производства водорода

Исследователи разработали усовершенствованный платиновый нанокатализатор, который значительно повышает эффективность производства водорода. Этот революционный гибридный катализатор продемонстрировал повышенную активность и стабильность и нашел потенциальное применение в транспортных средствах с водородным двигателем.

По данным Министерства земли, инфраструктуры и транспорта Кореи, к 2022 году было зарегистрировано около 30 000 автомобилей с водородным двигателем, что в три раза больше, чем в 2018 году. Однако в стране имеется всего 135 водородных заправочных станций.

Чтобы водород стал более доступным для транспортных средств и был признан надежной энергетической альтернативой, важно снизить затраты на производство водорода, обеспечив его экономическую жизнеспособность.

Центральное место в этой цели занимает оптимизация эффективности процесса выделения водорода при электролизе, в результате которого водород получается из воды.

Прорыв в производстве водорода

Недавно группа исследователей в составе профессора Ин Су Ли, профессора-исследователя Сумэна Датты и Пён Су Гу с химического факультета Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) добилась значительного повышения эффективности производства водорода, экологически чистого источника энергии. источник, путем разработки платинового нанокатализатора.

Иллюстрация механизма трехметаллического гибридного нанокатализатора выделения водорода
Иллюстрация механизма трехметаллического гибридного нанокатализатора выделения водорода. 1 кредит

Они совершили этот подвиг, поэтапно нанеся два разных металла. Результаты их исследования были опубликованы в Angewandte Chemie, уважаемом журнале, специализирующемся на области химии.

Проблемы и инновации в разработке катализаторов

• Выборочное осаждение различных материалов на определенные участки поверхности катализатора, размер которых находится в нанометровом диапазоне, представляет собой серьезную проблему.
• Непреднамеренные отложения могут блокировать активные центры катализатора или мешать работе друг друга.
• Это затруднительное положение помешало одновременному осаждению никеля и палладия на один материал.
• Никель отвечает за активацию расщепления воды, а палладий способствует превращению ионов водорода в молекулы водорода.

Исследовательская группа разработала новый нанореактор для точного контроля расположения металлов, осажденных на плоский двумерный нанокристалл. Кроме того, они разработали наномасштабный процесс тонкого осаждения, позволяющий покрывать различные грани 2D-нанокристалла платины различными материалами. Этот новый подход привел к разработке трехметаллического гибридного каталитического материала «платина-никель-палладий», полученного путем последовательного осаждения, которое избирательно покрывает плоскую поверхность и край 2D-нанокристалла платины тонкими пленками палладия и никеля соответственно.

Повышенная эффективность гибридного катализатора

Гибридный катализатор имел отдельные интерфейсы никель/платина и палладий/платина, расположенные таким образом, чтобы облегчить процессы расщепления воды и образования молекул водорода соответственно. Следовательно, совместное возникновение этих двух разных процессов значительно повысило эффективность выделения водорода при электролизе.

Схема синтеза трехметаллического гибридного катализатора и выделения водорода. 1 кредит

Результаты исследований показали, что трехметаллический гибридный нанокатализатор продемонстрировал увеличение каталитической активности в 7,9 раз по сравнению с традиционным платино-углеродным катализатором. Более того, новый катализатор продемонстрировал значительную стабильность, сохраняя свою высокую каталитическую активность даже после продолжительного 50-часового времени реакции. Это решило проблему функциональных помех или коллизий между гетероинтерфейсами.

Заключительное слово исследовательской группы

Профессор Ин Су Ли, возглавлявший исследование, выразил свой оптимизм, заявив: «Мы успешно разработали гармоничные гетероинтерфейсы, сформированные на гибридном материале, преодолев трудности этого процесса». Далее он добавил: «Я надеюсь, что результаты исследования найдут широкое применение при разработке каталитических материалов, оптимизированных для водородных реакций».

Исследование проводилось при поддержке Программы ведущих исследователей Национального исследовательского фонда Кореи.

Источник

Метки: водород