Профессор Александр Бондаренко и Якуб Тимошко из Рурского университета (Германия) с коллегами из технического университета Мюнхена и Лейденского университета нашли способ вдвое повысить эффективность электролиза. Созданный ими катализатор сделан из платины, как обычно, но со слоем атомов меди. Оказалось, что модифицированный катализатор освобождает из воды в два раза больше водорода, чем обычный платиновый катализатор без медного покрытия.

Электролиз воды — хорошо известный процесс расщепления воды на водород и кислород. Он до сих пор не применяется в промышленных масштабах, потому что требует слишком большой энергии, то есть убыточен сам по себе. Сегодня в мире только 4% водорода производится с помощью электролиза.

Физики ищут различные способы, как повысить энергоэффективность электролиза, например, применяя новые материалы и даже используя энергию Солнца (фотолиз, см. статью «Расщепление воды с эффективностью 100%: полдела сделано»). Увеличение эффективности стандартного катализатора в два раза — очень важное достижение.

Установка для электролиза BioCat конвертирует в газ излишек электроэнергии с ветряков

Эффективность электролиза зависит от того, насколько долго промежуточные продукты реакции задерживаются на поверхности катализатора. Авторы научной работы обнаружили, что на стандартных катализаторах из платины, родия и палладия они задерживаются слишком долго, и если ослабить эту связь, то эффективность реакции повышается при тех же энергозатратах. Они изменили свойства платинового катализатора, нанеся на него слой атомов меди.

Но есть одна хитрость: эффект проявляется, если слой атомов меди нанести под верхним слоем атомов платины, а не поверх его.

Вольтаммограммы для разных типов катализаторов из платины и меди в HClO₄

Кроме повышения эффективности вдвое, проявился и побочный эффект: такие катализаторы более устойчивы к коррозии и дольше работают.

«Сейчас водород в основном добывают из ископаемого топлива, при этом выделяется большое количество CO₂, — говорит Вольганг Шуманн (Wolfgang Schuhmann), соавтор научной работы. Если мы сможем вместо этого добывать водород электролизом, это станет гигантским шагом к экологичному преобразованию энергии. Например, мы могли бы утилизировать излишки электричества с ветряных станций».

«Кроме того, исследование этой реакции позволяет изучить, как хорошо мы можем проектировать каталитические поверхности точно размещая атомы различных металлов, — добавил профессор Бондаренко. — Это знание пригодится в других каталитических процессах».

Научная статья опубликована 10 марта в журнале Nature Communications (doi:10.1038/ncomms10990).