Технологии

Китайские ученые разработали катализатор для электролиза морской воды. Он проработал более 7000 часов, практически не потеряв свою эффективность. Потенциально разработка существенно упростит получение водорода из морской воды.

Ученые считают водород перспективным источником «чистой энергии». Когда его используют в качестве топлива, единственным продуктом реакции оказывается вода. При этом сам водород также можно получать из воды с помощью электролиза: под действием электрического тока молекулы воды расщепляются на водород и кислород.

Однако у этого метода есть недостатки. Пресная вода — ресурс ограниченный. Исследователи предлагают заменять ее морской водой, которой на планете намного больше.

Сейчас перед электролизом воду опресняют, но это делает процесс дороже и сложнее. Решением может стать прямой электролиз морской воды, но у практического применения этого метода есть ограничения, в том числе коррозионное воздействие хлорид-ионов (Cl⁻).

Однако ученые из Южно-Китайского технологического университета (Китай) показали, что небольшие количества хлорид-ионов могут не только вредить, но и приносить пользу. Они запускают перестройку структуры катализатора, повышая его эффективность. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Распад воды на кислород и водород — процесс относительно медленный. Чтобы его ускорить, используют катализаторы.

Китайские исследователи разработали катализатор NiFe-MOF-S. Он состоит из наночастиц дисульфида никеля (NiS₂), нанесенных на нанолисты NiFe-MOF (металл-органический каркас на основе никеля и железа). Разработка позволила точнее регулировать расположение хлорид-ионов относительно активных участков катализатора.

Ученые протестировали работу катализатора NiFe-MOF-S в щелочной морской воде. Обычную морскую воду ощелачили, добавив гидроксид калия. Чтобы достичь плотности тока 500 миллиампер на квадратный сантиметр, потребовалось всего 213 милливольт дополнительного напряжения. Для сравнения, в обычном одномолярном растворе гидроксида калия показатель составил 268 милливольт.

Катализатор оказался не только эффективным, но и долговечным. Он непрерывно проработал более 7000 часов в щелочной морской воде с плотностью тока один ампер на квадратный сантиметр, при этом перенапряжение увеличивалось лишь на 1,4 микровольта в час.

Авторы научной работы также испытали электролизер с новым катализатором в условиях, близких к промышленным. Электролизер стабильно проработал более 1500 часов.