Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе Российской академии наук синтезировали новые электрокатализаторы на базе никеля, меди и углеродного волокна. Углеродные нанотрубки с никель-медным покрытием повышают эффективность получения из воды чистого кислорода для применения в медицине и водорода для энергетики.
Для получения катализаторов исследователи использовали метод электроосаждения из комплексных аммоний-сульфосалициловых электролитов. Металлическое покрытие на поверхности электрода сформировалось в процессе электрохимической реакции.
Углеродная микротрубка с металлическим покрытием. Снимки получены с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (слева) и сканирующей электронной микроскопии (справа). Изображения: Dmitriev et al. / Int. J. Hydrog. Energy, 2023
С помощью технологии, описанной в журнале International Journal of Hydrogen Energy, исследователи создали на поверхности электродов очень тонкие покрытия с наночастицами металлов. Толщина углеродных микротрубок составила примерно 1,2 нм при покрытии только никелем и около 0,5 нм при использовании никель-медного покрытия.
Исследователи отмечают, что изменение технологии производства электродов увеличило площадь электрохимически активной поверхности материалов: в пять раз (с 265 до 1400 см²) для никелевого и почти в три раза (до 780 см²) для никель-медного катализаторов соответственно.
Мы добились улучшения электрокаталитических свойств как за счет уменьшения размера кристаллитов, так и за счет присутствия добавки меди. Она улучшает электропроводность и снижает общую энергию связи металл-водород, что ослабляет диффузионные ограничения реакции.
Дмитрий Дмитриев, научный сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе и соавтор исследования
И водород, и кислород можно синтезировать без выделения парниковых газов с помощью электролиза воды — разложения под действием электрического тока. Но для того, чтобы этот процесс протекал эффективно, нужны катализаторы, ускоряющие реакцию. Использование в этом качестве покрытий из никеля и меди (относительно дешевых металлов) позволит снизить стоимость производства медицинского кислорода и зеленого топлива.
