Новости химической науки > Катализатор для топливного элемента из микроволновки

Шведские и китайские исследователи продемонстрировали, что уникальный наносплав, состоящий из наноостровков палладия, внедренных в наночастицы из вольфрама, является высокоэффективным катализатором для восстановления водорода – процесса имеющего важное значение для водородных топливных элементов.

Растущая потребность в энергии, в первую очередь – в безопасных для экологии устройствах выработки энергии связано с замещением традиционных систем выработки энергии за счет сжигания ископаемого топлива. В настоящее время во всем мире ведутся работы по созданию новых, более совершенных систем по конверсии и хранению энергии с высокой эффективностью и низкой стоимостью.

Рисунок из Nature Communications, 2014; 5: 5253 DOI: 10.1038/ncomms6253

Топливные элементы представляют собой многообещающую альтернативу существующим системам выработки электроэнергии, в первую очередь благодаря тому, что такие элементы при работе выделяют меньше диоксида углерода. Тем не менее, применение традиционных топливных ячеек ограничено из-за отсутствия достаточно эффективных катализаторов, ускоряющих химические реакции, протекающие в топливном элементе. Исторически сложилось, что в качестве катодных и анодных катализаторов используется платина и ее сплавы, однако стоимость платины мотивирует исследователей искать катализаторы на основе более дешевых и более доступных элементов.

Как отмечает Томас Вагберг (Thomas Wågberg), исследователям из его исследовательской группы удалось получить уникальный новый сплав из палладия и вольфрама, в состав которого эти элементы входят в соотношении, соответственно один к восьми. Каталитическая активность сплава сравнима с каталитической активностью платины, а стоимость уступает стоимости платины примерно в 40 раз. Причина высокой эффективности нового сплава заключается в его уникальной морфологии – сплав не представляет собой ни однородный материал, ни четко выраженную двухфазную систему, а что-то среднее между этими двумя состояниями.

Изучение строения полученного сплава экспериментальными и теоретическими методами показало, что сплав состоит из островков палладия, внедренных в сплав палладия с вольфрамом. Размеры таких островков составляют около нанометра, и они состоят из 10-20 атомов. Уникальное окружение островков палладия обуславливает появление у этих островков особых свойств, которые и обеспечивают эффективное восстановление кислорода.

Для того, чтобы полученные наночастицы сплава можно было бы использовать на практике, они нанесены на мезопористый углерод. Во время испытаний было показано, что наночастицы оставались устойчивыми в течение длительного времени, пока проходили испытания топливных элементов с новыми катализаторами.

Вагберг добавляет, что еще одним уникальным преимуществом нового катализатора является простота его получения – синтез такого сплава можно осуществить в обычной бытовой кухонной микроволновке, для получения сплава-катализатора нет необходимости в применении инертной атмосферы аргона.

Источник: Nature Communications, 2014; 5: 5253 DOI: 10.1038/ncomms6253

метки статьи: #водородная энергетика, #вопросы экологии, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #электрохимия