Водород становится ключевым элементом российской стратегии перехода к углеродно-нейтральной энергетике, о котором неоднократно говорил президент Владимир Путин. Специалисты Южного федерального университета совместно с коллегами из Сколтеха и ИК СО РАН усовершенствовали катализаторы для водородно-воздушных топливных элементов, которые считаются основой будущих энергоустановок для транспорта и портативной электроники.
Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе Сколтеха.Работа водородного топливного элемента невозможна без катализатора, разгоняющего ключевые электрохимические реакции. Обычно в этой роли выступает платина — металл дорогой и редкий. Новая разработка позволяет значительно сократить ее содержание, при этом повысив эффективность элемента. Добиться этого удалось благодаря особому углеродному носителю, модифицированному атомами азота. Такая структура надежно удерживает наночастицы платины, не давая им объединяться и деградировать, и одновременно увеличивает скорость реакции восстановления кислорода — критически важной для работы топливных элементов, используемых в пассажирском транспорте, беспилотниках и портативных системах питания.
Азотная допировка не просто повышает активность катализаторов, она значительно увеличивает срок их службы. Чтобы понять, почему это происходит, ученые объединили электрохимические эксперименты с высокоточной микроскопией, проведенной на базе ЦКП "Высокоразрешенная микроскопия" и ИК СО РАН. На поверхности материала удалось рассмотреть уникальную комбинацию платиновых наночастиц размером 1–2 нанометра и равномерно распределенных платиновых кластеров. Теоретические расчеты, выполненные в Сколтехе, подтвердили, что ключевую роль в повышении каталитических свойств играют дефекты структуры носителя, вызывающие перераспределение электронной плотности на поверхности наночастиц.
По словам профессора Сколтеха Александра Квашнина, такие изменения существенно влияют на адсорбционные и каталитические характеристики платины, объясняя аномально высокую активность материала.
Старший научный сотрудник Сколтеха Илья Чепкасов отметил, что работа демонстрирует возможности современной науки буквально "строить" катализатор на атомарном уровне, комбинируя свойства носителя и наночастиц.
Следующая задача — испытать катализатор в составе реальных прототипов топливных элементов и подготовить его к масштабированию. Если результаты подтвердятся в практических установках, разработка может стать важнейшим шагом на пути к созданию отечественных водородных систем нового поколения.
Свежие комментарии