Ученые создали синий пигмент, способный заменить дорогую платину в водородной энергетике
Исследователи Хайфского Техниона с коллегами разработали недорогие катализаторы на основе синего пигмента, которые могут заменить драгоценную платину в водородных топливных элементах.
Катализаторы – одно из главных финансовых препятствий, которые тормозят развитие водородной энергетики. Сегодня в топливных элементах чаще всего используется платина, а это редкий и чрезвычайно дорогой металл. Высокая стоимость платины препятствует масштабированию чистых водородных технологий и делает их неконкурентоспособными по сравнению с традиционным топливом.
В поисках доступной альтернативы исследователи обратили внимание на недорогие синтетические синие пигменты с металлокомплексной структурой.
Прежде подобные молекулярные катализаторы не могли обеспечить достаточную мощность и долговечность. Но ученые синтезировали два новых типа пигмента и нанесли их на углеродную основу. Спектроскопия и электронная микроскопия подтвердили на атомном уровне успешную работу нового катализатора. Работа опубликована в журнале ACS Catalysis.
В ходе испытаний созданный учеными материал AZ-FO-30 продемонстрировал рекордную для пигментных катализаторов пиковую плотность мощности – 902 милливатта на квадратный сантиметр. Катализатор показал высокую стабильность, проработав 35 часов под высокой нагрузкой и с минимальной деградацией. Теоретические расчеты показали, что увеличение содержания азота, которого добились ученые, сокращает расстояние между железом и кислородом, усиливая взаимодействие в активном центре и эффективность водородной топливной ячейки.
"Эта работа показывает, что точный молекулярный дизайн позволяет сократить разрыв в производительности между платиновыми и более дешевыми катализаторами, – пишут авторы работы. – Настраивая структуру молекул синего пигмента, мы смогли усилить взаимодействие в активном центре и добиться реального прироста эффективности топливного элемента".
Доступные катализаторы позволят массово внедрять топливные элементы на транспорте, в энергетике и промышленности, сделав чистую водородную энергию экономически выгодной.