Исследователи из Швейцарии продемонстрировали, что никелевый катализатор, способствующий выделению водорода, также может стабилизировать выделение водорода при низком значении перенапряжения в щелочном растворе. Такая удивительная бифункциональность может обеспечить дешевое получение экологически безопасного топлива для нужд энергетики будущего.

При электро- или фотохимическом расщеплении воды образуются водород и кислород, процессы разложения воды могут служить для получения возобновляемой энергии, однако, как правило, выделение кислорода ускоряет один катализатор, а выделение водорода – другой.

Необходимость использования двух катализаторов является существенной проблемой для упрощения процесса – поскольку каждому катализатору требуется свой собственный подход к оптимизации, их интеграцию в единое устройство не всегда просто обеспечить.

Катализаторы, способные ускорять процесс выделения обоих газов, конечно, существуют, однако такие «двуликие» катализаторы встречаются очень редко. В новой работе Силе Ху (Xile Hu) с соавторами из Швейцарского Федерального Технологического Института продемонстрировал, что фосфид никеля является эффективным катализатором, обеспечивающим и выделение кислорода, и образование водорода.

Нанеся наночастицы фосфида никеля на углеродный электрод, исследователи наблюдали активное выделение кислорода, обеспечивающее плотность тока 10мА/см2 при перенапряжении всего в 0,29 Вольт в растворе гидроксида калия.

Эти результаты лучше, чем у многих экспериментальных материалов, проявляющих каталитическую активность, а также находящего коммерческое применение оксида иридия. В условиях осуществления реакции новый материал принимает структуру «ядро-оболочка», в которой внутреннее ядро из фосфида цинка оказывается обернутым в слой активного оксида никеля. Ху предполагает, что фосфид никеля выполняет роль электропроводной основы, позволяющей электронам достигнуть оболочки и увеличивающей каталитическую активность.

Для демонстрации бифункциональности исследователи соорудили щелочной электролизёр, используя фосфид никеля для выделения и водорода, и кислорода. В таком электролизёре удалось достичь расщепления воды при плотности тока 10мА/см² и потенциале 1.63 Вольт. Ху надеется, что результаты его исследования привлекут внимание специалистов по расщеплению воды.

Чарльз Дисмьюкс (Charles Dismukes), эксперт по расщеплению воды, также видит много потенциальных возможностей в новой работе. Он подчеркивает, что простота синтеза и свойства бифункционального катализатора весьма многообещающи для применения в технологии воды.

Его коллега, Андерс Ларсен (Anders Laursen), соглашается, подчеркивая, что фосфиды переходных металлов в последние два десятка лет привлекли существенное внимание благодаря высокой электрохимической активности в катализе образования водорода. Он добавляет, что такие катализаторы в комбинации с соответствующим полупроводником могут позволить осуществить дешевую выработку топлива будущего.