Созданы одноатомные электрокатализаторы получения высокочистого водорода
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН и НИЦ «Курчатовский институт» получили эффективные электрокатализаторы реакции выделения водорода. Новые катализаторы более доступные, а также не содержат производные серы, известные как «каталитические яды».
Высокочистый молекулярный водород рассматривается как перспективное «зеленое» топливо и важный реагент для современной химической промышленности. При наличии эффективных катализаторов его можно получать из воды — одного из самых распространенных на Земле веществ.
Сейчас в качестве катализаторов для получения водорода используют благородные металлы платиновой группы — платину, палладий, иридий, рутений и родий. Однако высокая стоимость ограничивает их массовое применение. Переход к более дешевым катализаторам в полупромышленных электролизерах воды, топливных элементах и электрохимических водородных компрессорах/концентраторах позволит сделать эти процессы и устройства, основанные на использовании высокочистого водорода, более доступными.
Авторы работы предложили использовать вместо металлов платиновой группы так называемые клеточные комплексы (клатрохелаты) с инкапсулированными ионами железа и кобальта.
«Было установлено, что синтезированные нами клеточные комплексы являются моноатомными электрокатализаторами реакции выделения водорода в гомогенных растворах. Они хорошо адсорбируются на активированном угле и восстановленном оксиде графена — практически важных углеродных катодных материалах с высокой площадью поверхности и большим объемом микропор», — рассказал один из авторов исследования, заведующий Лабораторией нанобиоматериалов и биоэффекторов для тераностики социально-значимых заболеваний ИОНХ РАН, доктор химических наук, профессор Ян Волошин.
Исследователи отмечают, что полученные одноатомные металлокомплексные электрокатализаторы могут быть использованы вместо частиц платиновых металлов для высокоэффективного получения высокочистого водорода.
«Мы установили, что электрохимически-генерированные восстановленные клеточные комплексы кобальта являются каталитически активными и устойчивыми интермедиатами, наиболее перспективными для их практического использования. Немаловажно и то, что новые одноатомные электрокатализаторы были получены в соответствии с основными принципами «зеленой химии». Они являются производными распространенных и дешевых биометаллов — железа и кобальта, малотоксичны и обеспечивают максимально высокую эффективность использования каталитической активности атомов этих металлов», — подчеркнул ученый.
На следующем этапе исследований полученные инновационные гибридные органо-неорганические каталитические материалы будут протестированы в полупромышленных электролизерах воды.
Исследование поддержано грантом РНФ.