Вчені перетворюють металеві відходи на каталізатор водню

Вчені знайшли спосіб перетворити металеві відходи на високоефективний каталізатор для отримання водню з води, відкриття, яке може зробити виробництво водню більш стійким.

Команда дослідників зі Школи хімії та інженерного факультету Ноттінгемського університету виявила, що поверхня стружки, побічного продукту металообробної промисловості, текстурована крихітними сходинками та борозенками на нанорівні. Ці текстури можуть закріплювати атоми платини або кобальту, створюючи ефективний електрокаталізатор, який може розщеплювати воду на водень і кисень. Дослідження опубліковано в Journal of Material Chemistry A.

Водень є чистим паливом, яке можна використовувати для виробництва тепла або руху транспортних засобів, і єдиним побічним продуктом його згоряння є водяна пара. Однак більшість методів виробництва водню покладаються на сировину з викопного палива. Електроліз води є одним із найперспективніших екологічних шляхів виробництва водню, оскільки для цього потрібні лише вода та електроенергія.

Промисловість стикається з проблемою електролізу води, оскільки цей процес вимагає рідкісних і дорогих елементів, таких як платина, щоб каталізувати розщеплення води. Через обмежену світову пропозицію та зростання цін на дорогоцінні метали існує нагальна потреба в альтернативних електрокаталізаторних матеріалах для виробництва водню з води.

Доктор Хесум Алвес Фернандес, хімічна школа Ноттінгемського університету, який очолював дослідницьку групу, сказав: «Промисловість тільки Великобританії генерує мільйони тонн металевих відходів щорічно. Використовуючи скануючий електронний мікроскоп, ми змогли перевірити на вигляд гладкі поверхні стружки з нержавіючої сталі, титану або нікелевого сплаву.

«На наше здивування, ми виявили, що на поверхні є борозенки та виступи шириною лише в десятки нанометрів. Ми зрозуміли, що ця нанотекстурована поверхня може надати унікальну можливість для виготовлення електрокаталізаторів».

Дослідники використовували магнетронне розпилення, щоб створити «дощ» атомів платини на поверхні стружки. Потім ці атоми платини об’єднуються в наночастинки, які щільно вписуються в нанорозмірні канавки.

Доктор Мадасамі Тангамутху, докторант Ноттінгемського університету, який відповідав за аналіз структури та електрокаталітичної активності нових матеріалів, каже: «Дивно, що ми можемо виробляти водень із води, використовуючи лише десяту частину кількість завантаження платини порівняно з найсучаснішими комерційними каталізаторами.

«Поширивши лише 28 мікрограмів дорогоцінного металу на 1 см² стружки, ми змогли створити лабораторний електролізер, який працює зі 100% ефективністю та виробляє 0,5 літра водню за хвилину лише з одного шматка стружки.»

Група співпрацює з AqSorption Ltd, компанією з Ноттінгема, що спеціалізується на проектуванні та виготовленні електролізерів, щоб розширити свою технологію. Професор Андрій Хлобистов з хімічної школи Ноттінгемського університету сказав: «Електрокаталізатори, виготовлені зі стружки, можуть значно вплинути на економіку. Наша унікальна технологія, розроблена в Ноттінгемі, передбачає пошарове зростання частинок платини на нанотекстурованих поверхнях. , вирішила дві основні проблеми.

«По-перше, це дозволяє виробляти екологічно чистий водень, використовуючи найменшу можливу кількість дорогоцінного металу, а по-друге, він переробляє металеві відходи аерокосмічної промисловості в одному процесі».

Кластер Zero Carbon Cluster був створений в Іст-Мідлендсі, щоб прискорити розвиток і впровадження інновацій у зелених галузях промисловості та передовому виробництві.

Професор Том Родден, відділ досліджень і обміну знаннями в Університеті Ноттінгема, сказав: «Розробка водневих силових установок може стати значним кроком до вирішення деяких із найактуальніших проблем світу з нульовим викидом вуглецю, особливо для транспортної та виробничої промисловості. Однак Успіх цієї стратегії залежить від сталого виробництва екологічно чистого водню, наприклад, шляхом розщеплення води за допомогою електролізу, а це, своєю чергою, вимагає вдосконалення дизайну матеріалів».