Из металлических отходов создали катализатор для получения водорода из обыкновенной воды

Исследователи разработали метод превращения металлических отходов в эффективный катализатор для получения водорода из воды — открытие, которое может повысить устойчивость производства водорода. Группа исследователей из Школы химии и инженерного факультета Ноттингемского университета обнаружила, что поверхность стружки, являющейся побочным продуктом металлообрабатывающей промышленности, имеет крошечные ступеньки и канавки на наноразмерном уровне.

Данные текстуры могут закреплять атомы платины или кобальта, что приводит к созданию эффективного электрокатализатора, способного расщеплять воду на водород и кислород. Водород — экологически чистое топливо, которое можно использовать для выработки тепла или питания автомобилей, а единственным побочным продуктом его сгорания является водяной пар.

Большинство методов получения водорода основано на использовании ископаемого топлива. Электролиз воды — один из самых перспективных «зеленых» путей производства водорода, поскольку для него требуются только вода и электричество.

Промышленность сталкивается с проблемой электролиза воды, поскольку этот процесс требует редких и дорогих элементов, таких как платина, чтобы катализировать расщепление воды. В условиях ограниченного мирового предложения и растущих цен на драгоценные металлы существует острая необходимость в альтернативных материалах для электрокатализа, позволяющих получать водород из воды.

Промышленные предприятия только в Великобритании ежегодно производят миллионы тонн металлических отходов. С помощью сканирующего электронного микроскопа исследователи смогли изучить гладкие на первый взгляд поверхности стружки из нержавеющей стали, титана или никелевого сплава.

«К нашему изумлению, мы обнаружили, что на поверхности имеются бороздки и выступы шириной всего в десятки нанометров. Мы поняли, что эта нанотекстурированная поверхность может стать уникальной возможностью для изготовления электрокатализаторов», — сказал доктор Джесум Алвес Фернандеш из Школы химии Ноттингемского университета, возглавлявший исследовательскую группу.

Исследователи использовали магнетронное распыление для создания «дождя» из атомов платины на поверхности стружки. Затем эти атомы платины собираются в наночастицы, которые плотно прилегают к наноразмерным канавкам.

Доктор Мадасами Тхангамутху говорит: «Замечательно, что мы можем получать водород из воды, используя лишь десятую часть загрузки платины по сравнению с современными коммерческими катализаторами. Распределив всего 28 микрограммов драгоценного металла на 1 см² стружки, мы смогли создать лабораторный электролизер, который работает со 100% эффективностью и производит 0,5 литра газообразного водорода в минуту всего из одного куска стружки».

Электрокатализаторы, изготовленные из опилок, способны оказать значительное влияние на экономику. Уникальная технология, разработанная в Ноттингеме и предусматривающая атомный рост частиц платины на нанотекстурированных поверхностях, позволила решить две основные задачи. Во-первых, она позволяет производить экологически чистый водород, используя минимальное количество драгоценного металла, а во-вторых, перерабатывать металлические отходы аэрокосмической промышленности в рамках одного процесса.

Разработка водородных силовых установок может стать значительным шагом на пути к решению некоторых из наиболее острых мировых проблем, связанных с нулевым уровнем выбросов углерода, особенно в транспортной и обрабатывающей промышленности. Однако успех этой стратегии зависит от устойчивого производства экологически чистого водорода, например, путем расщепления воды с помощью электролиза, а это, в свою очередь, требует достижений в области разработки материалов.

Ранее профессор Раффаэле Мецценга из ETH Zurich успешно извлек золото из электронных отходов, используя побочный продукт из процесса производства электронных устройств. Электронные отходы содержат множество ценных металлов, включая медь, кобальт и даже значительные количества золота. Восстановление этого золота из вышедших из употребления смартфонов и компьютеров является привлекательным предложением ввиду растущего спроса на драгоценный металл.