Иследователи Стэнфордского университета нашли катализатор для производства больших объёмов чистого водорода путём электролиза воды, процесса пропускания электрического тока через раствор.
Сегодня водород H2 чаще всего получают из метана CH4 и других углеводородов. Каждый год производят десятки миллионов тонн этого самого распространённого во Вселенной газа, он находит применение в химической промышленности.
Профессор химической инженерии Томас Харамильо и его научный сотрудник Якоб Кибсгаард хотят использовать процесс электролиза для выделения водорода из воды и использования полученного продукта для хранения солнечной энергии, но для повсеместного распространения подобного подхода им нужно значительно удешевить процесс.
Процесс электролиза воды выглядит следующим образом: два электрода опускаются в воду, затем по ним пропускают электроток, и на их поверхности выступают пузырьки составляющих воду элементов. Но для этого процесса необходим катализатор на электродах, и традиционно это платина, довольно дорогое решение.
Именно замена этого редкого металла на что-либо более доступное нужна для удешевления процесса электролиза. В немецком научном журнале Angewandte Chemie Харамилло и Кибсгаард описали чистый, надёжный и эффективный заменитель драгоценному металлу. И их намерения выходят далеко за пределы текущего рынка химической промышленности.
Сейчас использование солнечных батарей во многом упирается в хранение и преобразование энергии, распространённые и дешёвые системы которых найти довольно трудно. Исследователи из Стэнфорда считают, что им под силу превратить баки с водой в аккумуляторы.
Днём солнечные батареи будут вырабатывать электроэнергию, а её излишки будут использоваться для выработки водорода и кислорода. Ночью эти газы снова соединяются в воду в топливных ячейках, вырабатывая электроэнергию для потребителей электрической сети. В отличие от аккумуляторов, которые включают в свой состав электролит, потенциально несущий вред для экологии при его неправильной утилизации, такое хранение — чистое и безопасное.
На наноуровне платина в процессе электролиза закрепляет голый протон потерявшего свой электрон атома водорода до той поры, пока атом водорода не сможет подобрать электрон для формирования молекулы H2 в паре с другим таким же атомом водорода.
И загвоздка состоит в том, чтобы найти катализатор с определённой силой связи: если она слишком слаба, то атом водорода не удержится, если она будет слишком сильной, то он так и не будет отпущен.
Платина для этих целей подходит идеально, но в прошлом году в Стэнфорде было обнаружено, что её аналогом может быть вариант сульфида молибдена, катализатора, широко используемого в переработке нефти для крэкинга тяжёлых углеводородов. Оказалось, что некоторые из его свойств подходят хорошо.
Кроме этого катализатора исследователи также позаимствовали у индустрии нефтеперегонки и другой трюк. По экологическим причинам во время обработки из нефти часто удаляют серу для снижения частоты кислотных дождей. Часть атомов серы задерживается на поверхности катализатора и увеличивает его активность.
Уже известный своим положительным влиянием на реакцию электролиза воды фосфид молибдена была соединён с серой. В результате был получен новый катализатор фосфосульфид молибдена, который оказался ещё более эффективным в реакции выделения водорода, чем оригинальное вещество.
Новый катализатор по эффективности и долговечности приближается к платине, что очень важно в промышленных установках, где электроды должны работать продолжительное время. Сейчас идут работы над его улучшением на наноуровне.
По материалам Stanford News.
Автор: FakeFactFelis
