В ЮФУ сделали шаг к развитию водородной энергетики в России
Ученые Южного федерального университета открыли новые пути для получения высокоэффективных катализаторов для топливных элементов, которые будут безопасно применяться в промышленности. Выяснилось, что состав биметаллических наночастиц существенно влияет на функциональные характеристики электрокатализаторов.
Возможности использования водорода в энергетических целях известны давно, многие годы ученые находят новые способы его применения и тем самым развивают это направление. Сейчас водород стал важнейшей составляющей политики перехода в углеродно-нейтральное состояние энергетики России, поскольку он позволит существенно снизить загрязнения окружающей среды.
Исследования ученых Химического факультета ЮФУ как раз направлены на создание наноструктурных платиносодержащих катализаторов нового поколения, которые являются сердцем каждого водородо-воздушного топливного элемента и преобразуют химическую энергию топлива в электрическую. В наше время перспективными материалами для топливных элементов с протонообменной мембраной (ПОМТЭ) являются биметаллические катализаторы на основе платины.
Сами топливные элементы — это химические источники тока, эффективные альтернативные источники энергии и неотъемлемая часть водородной энергетики. Такие устройства безопасны, экологичны, высокоэффективны и применяются в самых различных областях — от автотранспорта до портативных зарядных устройств. Однако высокая стоимость производства платиносодержащих катализаторов, главной составляющей топливного элемента, не дает водородной энергетике стремительно развиваться в России.
Сотрудники лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ Ангелина Павлец и Анастасия Алексеенко знают несколько способов получению недорогих и перспективных катализаторов для ПОМТЭ. Добавление(легирование) d-металлов в состав катализаторов позволяет не только сэкономить драгоценную платину, но и значительно повысить активность и стабильность материалов. В то же время, по словам специалистов, все еще остаются нерешенными вопросы касательно наиболее эффективной структуры и состава биметаллических наночастиц, а также сочетания этих двух факторов.
«Известно, что биметаллические наночастицы подвергаются растворению неблагородного металла в ходе работы катализатора, что может вывести топливный элемент из строя, поэтому важно обезопасить устройство от этого негативного эффекта уже на стадии дизайна катализатора», — сообщает о проблеме ведущий научный сотрудник Анастасия Алексеенко.
Для решения этой проблемы ученые провели исследование, результаты которого опубликованы в научном журнале International Journal of Hydrogen Energy. «Предлагаемая нами предварительная электрохимическая обработка позволяет получить катализаторы стабильного состава. Такая обработка представляет собой вольтамперометрическое циклическое в определенном диапазоне потенциалов.
В ходе циклирования происходит селективное растворение неблагородного металла из наночастиц и поверхности катализатора, подобно тому, как это происходило бы в топливном элементе. Мы установили, что независимо от исходного состава, катализаторы на основе наночастиц со структурой «сплав» в процессе электрохимической обработки приходят к одинаковому составу. Но несмотря на одинаковое содержание меди после обработки, активность катализаторов оказывается существенно разной», – рассказала младший научный сотрудник Ангелина Павлец.
В чем причина такого поведения? Химики ЮФУ выявили, что чем больше меди содержится в катализаторе на этапе синтеза, тем более высокой активностью в токообразующей реакции характеризуется материал. В ходе эксперимента также удалось получить платиномедный катализатор, состав которого не будет меняться при эксплуатации. Достаточно знать соотношение металлов Pt:Cu и рассчитать количество прекурсоров, необходимое для получения этого состава на этапе синтеза.
«Полученные нами результаты основаны на очень «тонких» структурных эффектах. Нам удалось получить материалы с малым размером наночастиц и высокой активностью в реакции восстановления кислорода. Сочетание применяемого нами простого метода синтеза и селективного растворения излишек меди позволяет получать недорогие и гораздо более активные, по сравнению с коммерческими аналогами, катализаторы.
Благодаря проведенному исследованию мы открываем пути для получения высокоэффективных катализаторов, которые будут безопасно применяться в ТЭ и демонстрировать превосходные характеристики», — отметила Анастасия Алексеенко. Исследование, проведенное молодым научным коллективом ЮФУ в составе Анастасии Алексеенко, Ангелины Павлец, Ильи Панкова, Анатолия Никольского и Алексея Козакова, выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Telegram 
Дзен 
VK В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
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