Новая структура катализатора открывает путь к более экономичному производству сверхчистого водорода с помощью электролиза воды. В основе материала лежит мезопористый монокристаллический оксид кобальта Co3O4, легированный атомарно дисперсным иридием (Ir).
Иридий известен своей эффективностью при электролизе, но он редок и дорог для промышленного масштабирования технологий электролиза. В новом исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, предлагается решение с использованием материала, который обеспечивает максимальную эффективность на атомарном уровне.
Катализатор имеет мезопористую структуру, которая позволяет добиться высокой загрузки иридия (13,8% по массе) без образования крупных иридиевых скоплений. Такая конфигурация позволяет образовывать кобальто-иридиевые мостики, которые демонстрируют высокую внутреннюю активность в условиях кислотного высвобождения кислорода.
Компьютерное моделирование показывает, что в условиях реакции ионы кислорода полностью покрывают поверхности Co3O4, что обычно приводит к пассивации участков Co. Однако присутствие иридия реактивирует эти участки, одновременно повышая структурную целостность катализатора.
Выщелачивание иридия и кобальта во время реакции было значительно снижено. По сравнению с обычными катализаторами Ir/Co3O4, потери Ir и Co снизились примерно до 25% и 20% соответственно. Мезопористый катализатор сохранял работоспособность более 100 часов при перенапряжении (η₁₀) всего 248 мВ.
Авторы подчеркивают, что мезопористая структура играет решающую роль в повышении эффективности электролиза. Она обеспечивает пространство для одноатомной загрузки иридия и помогает создать стабильную среду для каталитической активности.
Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию уровня легирования, масштабирование процесса синтеза и изучение интеграции в коммерческие системы электролиза.
Электролиз воды нужен не только на Земле. Ученые все чаще говорят о такой технологии на Луне, имея в виду переработку запасов лунного льда в водородное топливо.
