Американские химики протестировали фосфид молибдена в качестве катализатора для получения водорода из воды. Новая разработка оказалась эффективнее даже признанных лидеров этой области — катализаторов на основе платиновых металлов. Статья ученых опубликована в журнале ACS Catalysis.

Водород — это самый легкий элемент во Вселенной. К тому же он абсолютно экологичен, так как при его горении в качестве конечного продукта получается только вода. Но на Земле водород чаще всего существует в смеси с другими элементами, а значит, его нужно избирательно выделять. Чтобы использовать чистую энергию водорода для энергетических и других целей, исследователи изучают доступные способы производства и хранения этого газа.

Самый распространенный процесс получения водорода — электролиз водных растворов солей. Раствор солей, имеющих в своем составе катион сильного основания и анион сильной кислоты, способен выделять при своем электролизе водород и кислород. Но минус этого процесса в том, что для его протекания необходимо использование дорогостоящего катализатора на основе платиновых металлов и большое количество электроэнергии. Поэтому ученые во всем мире стремятся разработать более эффективный и менее затратный способ производства этого газа, который позволил бы вывести водородную энергетику на новый уровень.

Дешевое производство водорода могли бы обеспечить ферментативные реакции. Но процесс ферментации идет медленно, его выход низкий, а поток продукта требует дорогостоящей очистки от побочных продуктов. На сегодняшний день существуют микробные электролизные ячейки, которые используют бактерии, чтобы производить водород. Однако их создание также дорого из-за использования платиновой основы.

Авторы новой работы из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и университетов штатов Орегон и Вашингтон разработали катализатор для микробных ячеек, который призван заменить платиносодержащие соединения и снизить себестоимость конечных продуктов реакции. Ученые создали гибридную конструкцию, в которой ферментация и электролиз происходят вместе, а не на отдельных этапах и побочные продукты расходуются в процессе, а не накапливаются в среде.

Катализатор представляет собой фосфид молибдена. На самом деле этот материал состоит из двух фаз — монфосфида и дифосфида. Дифосфид в этой системе «отделял» атомы водорода от молекул воды, а монофосфид соединял атомы самого легкого элемента в молекулы. Исследователи провели свои эксперименты в нейтральных условиях рН как в гибридной ячейке с использованием сточных вод, так и в другом лабораторном реакторе с использованием морской воды. Оказалось, что метод позволяет надежно получать водород из воды практически в любых водных средах и будет намного дешевле использования платины.