Чтобы достичь целей по углеродной нейтрализации к 2050 году, нам нужно разрабатывать экологически чистые топлива. Катализаторы (и их предшественники — прекатализаторы) играют ключевую роль в электрохимической реакции расщепления воды, которая производит водородное топливо без загрязнений.
Исследователи из Университета Тохоку создали очень стабильный катализатор, который может быть использован в реальных приложениях. Для его разработки они изучили сложный процесс, называемый «реконструкцией». Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Во время работы катализатор проходит реконструкцию, что изменяет его свойства и может как улучшить, так и ухудшить его эффективность. На этот процесс влияют разные факторы, например, свойства прекатализатора и электролита, метод индукции или температура реакции, из-за чего трудно точно понять, как происходит реконструкция.
Прекатализатор Co2Mo3O8 претерпел изменение, зависимое от приложенного потенциала, и преобразовался в электрохимически стабильный катализатор Co(OH)2@Co2Mo3O8. Исследователи показали, что можно контролировать изменение структуры поверхности прекатализатора с помощью приложенных потенциалов, что также вызывает вымывание исходных компонентов прекатализатора в электролит.
Эти изменения в катализаторе и электролите приводят к улучшению работы всей системы. Катализатор продемонстрировал эффективность 99,9% по отношению к водородному электродному стандарту (RHE) при производстве водорода. К тому же, катализатор сохранял свою стабильность более месяца.
«Получившийся катализатор оказался очень эффективным и мог храниться длительное время. Наше исследование подтверждает его подходящесть для промышленных применений,» — говорит Лиу.
Это исследование помогает лучше понять, как изменения в прекатализаторе и электролите влияют на эффективность катализаторов, что открывает возможности для более продуманного их проектирования. С развитием таких технологий мы можем увеличить производство чистой энергии, что поможет бороться с загрязнением и изменением климата.