Новый способ расположения катализатора ускорил электролиз воды

Водород важен для науки и промышленности благодаря своим свойствам: это самый легкий химический элемент, он обладает высокой плотностью энергии, а значит, может быть топливом, не создающим опасных выбросов. Единственный продукт сгорания водорода — вода. При окислении водород соединяется с двумя атомами кислорода и образует воду, H₂O. 

Эти характеристики делают водород привлекательным источником «чистой энергии». Однако его производство до сих пор потребляет много энергии. Исследователи стараются сделать электролиз воды более эффективным, чтобы источники возобновляемой энергии могли обеспечить его протекание для получения водорода.

Электролиз воды — процесс, при котором вода разлагается на составляющие элементы под действием электрического тока. Воду разными способами приводят в контакт с электродами, катодом и анодом. К электродам присоединен источник тока. При пропускании тока на катоде образуется водород, а на аноде — кислород. Они быстро аккумулируются из свободных атомов в молекулярные водород (H₂) и кислород (O₂). 

Относительно медленный физико-химический процесс распада воды на кислород и водород называют реакцией выделения кислорода (oxygen evolution reaction, OER).  Ускорить OER можно с помощью катализаторов из благородных металлов. Золото, серебро, платина, иридий — редкие и дорогие металлы, а для ускорения реакции с их участием требуется дополнительная энергия.

Международная исследовательская группа разработала новый метод электрохимического расщепления воды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Новый подход использует атомарно распределенный иридий в качестве катализатора. Металл встроен в структуру с диметилимидазолом и гидроксидом кобальта и железа. Важная инновация группы исследователей — именно в расположении этих компонентов: они собраны в объемную структуру, и это решение повысило эффективность и производительность разложения воды.

Предложенный учеными метод значительно усиливает активность OER и потребляет мало дополнительной энергии. Объемная структура использует только отдельные атомы иридия, что удешевляет применение катализатора и делает ускоренную реакцию стабильной.