Как от метални отпадъци се получава катализатор за производство на водород

Екип от изследователи от Университета в Нотингам откри, че на наномащабно ниво повърхността на фините стружки, генериращи се от металообработващата индустрия, е с текстура с малки ръбчета и канали. В тези структури могат да се задържат атоми платина или кобалт, като по този начин се получава ефективен електрокатализатор, подпомагащ разделянето на водни молекули до водород и кислород. Проучването е публикувано в Journal of Material Chemistry A на Кралското химическо общество.

Предизвикателството

Водородът е чисто гориво, което може да се използва за генериране на топлина или за захранване на превозни средства, като единственият страничен продукт от изгарянето му са водни пари. Повечето методи за производство на водород обаче се основават на използването на изкопаеми горива. Електролизата на вода е един от най-обещаващите зелени методи за получаването на водород, тъй като за осъществяването й са необходими само вода и електроенергия.

Индустрията е изправена пред предизвикателство по отношение на електролизата на вода, защото процесът изисква редки и скъпи елементи, като платина, за катализиране на разделянето на водните молекули. Предвид ограничените наличности и повишаващите се цени на благородните метали, се регистрира спешна необходимост от алтернативни електрокаталитични материали за производството на водород от вода.

Откритието

Ръководителят на екипа, д-р Хесум Алвес Фернандес, казва: “Само в Обединеното кралство индустрията ежегодно генерира тонове метални отпадъци. Използвайки сканиращ електронен микроскоп, успяхме да инспектираме наглед гладката повърхност на стружки от неръждаема стомана, титан и никелова сплав. С изненада открихме, че тези повърхности имат канали и ръбчета, широки само няколко десетки нанометра. Осъзнахме, че тази повърхност може да предостави уникална възможност за производство на електрокатализатори”.

Учените използват магнетронно отлагане, за да създадат “дъжд” от платинени атоми върху повърхността на стружките. Впоследствие тези атоми се групират в наночастици, които плътно залягат в наноканалчетата.

“Забележително е как можахме да произведем водород от вода, използвайки само 1/10 от количеството платина в сравнение с авангардните търговски катализатори. Разпръсквайки само 28 микрограма от благородния метал върху 1 кв. см от стружката, можахме да създадем лабораторен електролизьор, работещ със 100% ефективност и произвеждащ 0,5 л водороден газ на минута само от една-единствена стружка”, обяснява д-р Мадасами Тангамуту, постдокторант в Университета в Нотингам.