Ученые ЮФУ создали катализатор дешевле и эффективнее зарубежных аналогов

Фото: Ученые ЮФУ создали катализатор дешевле и эффективнее зарубежных аналогов // фото 1rnd

Молодые ученые Химического факультета ЮФУ разработали новый способ создания эффективных и экологически чистых электрокатализаторов. Их можно использовать в топливных элементах. По своим характеристикам новые катализаторы превосходят импортные аналоги и будут востребованы для отечественной промышленности.

В современных условиях большое внимание уделяется развитию водородной энергетики, так как устройства, работающие на водородном топливе, обладают высокой производительностью преобразования энергии и не выбрасывают вредные вещества в окружающую среду. Основными токообразующими реакциями в водородо-воздушных топливных элементах являются: окисление водорода на аноде и восстановление кислорода на катоде. Таким образом, топливные элементы преобразуют химическую энергию непрерывно подающегося топлива в электричество. Однако протекание таких реакций невозможно без катализатора.

По словам ученых лабораторий «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» и «Новые материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ, наиболее популярным коммерчески используемым катализатором в топливных элементах сегодня являются наночастицы платины. Также известно, что электрокатализаторы на основе биметаллических наночастиц могут характеризоваться более высокой активностью в реакции восстановления кислорода по сравнению с чистой платиной. Поэтому ученые ЮФУ решили исследовать новый тип катализаторов на основе биметаллических наночастиц, содержащих платину и никель. В результате был разработан метод получения таких катализаторов, которые оказались более активными в реакции восстановления кислорода по сравнению с обычными катализаторами на основе чистой платины.

«Предпринятый нами подход позволил получить катализаторы, превосходящие по своим характеристикам импортный аналог. Считаю, что результаты данной работы имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение», – прокомментировала ведущий научный сотрудник Анастасия Алексеенко.

Основной идеей исследования, результаты которого опубликованы в журнале «Energies», был синтез высокоэффективных биметаллических катализаторов с пониженным содержанием платины с помощью one-pot (однореакторного) метода, который мог бы быть простым и выгодным для коммерческого производства. 

«В нашей работе был сделан упор на разработку простого однореакторного метода получения PtNi/C катализаторов, отличающихся повышенной активностью в реакции восстановления кислорода. Также мы показали, что кислотная постобработка улучшает функциональные характеристики биметаллических электрокатализаторов, повышая их активность в реакции восстановления кислорода в среднем в 2 раза. Таким образом, была разработана не только методика синтеза активных биметаллических катодных катализаторов, но и показана важность постобработки, как дополнительной стадии в синтезе PtNi/C электрокатализаторов», – подытожила магистр Екатерина Кожокарь.

Проведенное исследование микроструктуры материалов методом просвечивающей электронной микроскопии на базе ЦКП «Высокоразрешенная электронная микроскопия» ЮФУ позволило доказать, что наночастицы являются биметаллическими, определить средний размер наночастиц и оценить распределение наночастиц по носителю.

Дальнейшее направление работы молодых ученых связано с оценкой стабильности полученных катализаторов в ускоренном стресс-тестировании и исследование поведения материалов в единичном топливном элементе. 

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания в сфере научной деятельности №FENW-2023-0016, а также в рамках внутреннего гранта ЮФУ для развития студенческих научных объединений.