Ученые в три раза повысили эффективность катализатора для производства водорода
Международная группа исследователей с участием МИЭМ НИУ ВШЭ создала катализатор, который позволяет получать водород из воды быстро и с минимальными затратами. Для этого ученые синтезировали наночастицы сложного оксида из шести металлов и закрепили их на разных подложках. Катализатор на слоях восстановленного графена оказался почти втрое эффективнее по сравнению с тем же оксидом без подложки. Разработка может сделать производство водорода дешевле и приблизить переход к зеленой энергетике.
Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Energy Materials. Работа выполнена в рамках гранта РНФ.
Сегодня все больше стран ищут способы перейти на экологичные источники энергии. Одним из кандидатов стал водород, так как при его использовании не образуется углекислый газ, что важно для снижения объема выбросов. Получать водород можно с помощью электролиза — процесса, при котором электричество разлагает воду на кислород и водород. Но есть сложность: стадия выделения кислорода протекает медленно и требует дополнительной энергии, а значит, делает производство водорода менее выгодным. А чтобы ускорить этот процесс, нужны катализаторы из редких и дорогих металлов вроде платины или рутения.
Авторы статьи «High Entropy (CoFeMnCuNiCr)3O4 Nanoparticles Anchored on Graphene-Based Supports for High-Performance Oxygen Evolution Electrocatalysis» предложили более доступную и устойчивую альтернативу — высокоэнтропийный оксид. В работе участвовали исследователи из МИЭМ НИУ ВШЭ, Казанского федерального университета, Южно-Уральского государственного университета, а также Института энергетических исследований Каталонии (IREC), ICREA (Барселона) и Тебризского университета.
«В ходе синтеза мы соединили в одной кристаллической решетке сразу несколько металлов: кобальт, железо, марганец, медь, никель и хром. Благодаря этому на поверхности образовывалось много рабочих точек, где реакция шла быстрее, а сама структура меньше разрушалась со временем», — комментирует научный сотрудник Центра квантовых метаматериалов МИЭМ НИУ ВШЭ Ахмад Остовари.
Исследователи синтезировали оксид в форме наночастиц и закрепили их на разных углеродных подложках: графите, графеновом оксиде и восстановленном графеновом оксиде. Последний вариант оказался самым удачным: он обеспечил равномерное распределение наночастиц, предотвратил их слипание и повысил электропроводность.
Также катализатор на основе восстановленного графена показал самый низкий оверпотенциал — всего 290 мВ против 770 мВ у исходного материала. Оверпотенциал — это разность между реальным и теоретическим потенциалом реакции, и чем он ниже, тем эффективнее катализатор и тем легче протекает реакция.
a — частицы оксида без подложки, они слипаются (цветные карты показывают равномерное распределение металлов внутри); b — частицы на графеновом оксиде, распределение более равномерное; c — частицы на графите, снова заметны скопления; d — частицы на восстановленном графене, они покрывают поверхность равномернее. Более детальные снимки (e, f) показывают, как частицы располагаются на графеновом оксиде и восстановленном графене. Сильное увеличение (g–i) демонстрирует кристаллическую структуру наночастиц на восстановленном графене (g) и у частиц без подложки (h, i), а дифракционная картина (j) подтверждает правильность структуры / © Ahmad Ostovari Moghaddam et al., ACS Applied Energy Materials
Испытания подтвердили, что катализатор сохраняет эффективность на протяжении 12 часов непрерывной работы и хорошо проводит электричество. Это заметный прогресс для лабораторных тестов. Авторы считают, что такие свойства делают его перспективным кандидатом для будущих промышленных электролизеров, хотя для практического внедрения потребуются более длительные проверки.
«Мы показали, что комбинация высокоэнтропийных оксидов и восстановленного графена позволяет преодолеть ограничения традиционных катализаторов. Такое решение объединяет высокую активность, стабильность и относительную дешевизну», — комментирует профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Андрей Васенко.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
В отличие от микрочастиц, наночастицы не только эффективно проходят барьеры дыхательной системы, но и идут дальше — в мозг человека. До сих пор масштаб смертности от них был неясен. Теперь исследователи выяснили, что она доходит до миллионов человек каждый год.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно