Электролиз, расщепление молекулы воды с помощью электричества, является самым чистым способом получения водорода, чистого и возобновляемого топлива. Теперь исследователи из ICIQ и URV под руководством профессора Хосе Рамона Галана-Маскароса разработали новый катализатор, который снижает стоимость производства электролитического водорода. Катализаторы уменьшают количество электричества, необходимого для разрыва химических связей, ускоряют реакцию и минимизируют потери энергии.
'Обычно водород получают с помощью дешевого процесса, называемого паровым риформингом. Но это не чистый водород, в этом процессе используется природный газ и образуется углекислый газ и другие загрязнители», - объясняет Галан-Маскарос. «Разрушить молекулу воды чище, но не так просто. Нам необходимо разработать новые дешевые эффективные катализаторы, позволяющие получать водород по конкурентоспособной цене», - говорит он. На сегодняшний день лучшие катализаторы основаны на оксидах иридия, но иридий является очень дорогим и дефицитным драгоценным металлом.
Химики из ICIQ и URV обнаружили соединение кобальта и вольфрама, называемое полиоксометаллатом, которое может катализировать расщепление воды лучше, чем иридий. «Полиоксометаллаты - это нанометрические молекулярные оксиды, которые сочетают в себе лучшее из двух миров: большую активность оксидов и универсальность молекул», - объясняет Марта Бласко-Ахикарт, научный сотрудник ICIQ и первый автор статьи Nature Chemistry.«Наши полиоксометаллаты намного дешевле, чем иридиевые, и позволяют нам работать в кислых средах, оптимальных средах для производства кислорода, что обычно является недостатком катализаторов, которые обычно потребляются кислотой», - поясняет Бласко-Ахикарт.
Хоакин Сориано, соавтор статьи и в настоящее время научный сотрудник Тринити-колледжа в Дублине, объясняет, что «наши катализаторы работают особенно хорошо, когда мы работаем с низким напряжением». «Это может показаться проблемой, - объясняет он, - но это скорее преимущество, так как экономится электроэнергия и вскоре мы сможем получать энергию, необходимую для расщепления воды, из возобновляемых источников, таких как солнечные панели».
Более того, исследователи представляют в своей работе еще одно открытие. При поддержке катализаторов частично гидрофобным водоотталкивающим материалом эффективность процесса повышается. Это создает «водонепроницаемый» реактор, в котором электролиз протекает быстрее, а также увеличивает срок службы катализаторов. Новая методика не только улучшает характеристики новых полиоксометаллатов кобальта-вольфрама, но и с множеством различных каталитических систем. В настоящее время исследователи изучают новые способы использования этого нового открытия, разрабатывая новые гидрофобные каркасы для дальнейшего повышения эффективности расщепления воды, что является фундаментальным шагом на пути эволюции искусственного фотосинтеза..