Исследовательская группа доктора Джучана Янга из Корейского института материаловедения (KIMS) разработала композитный катализатор на основе нового материала MXene, который подавляет образование хлорид-ионов — одну из ключевых проблем при электролизе морской воды. Ожидается, что результаты исследования, опубликованного в журнале ACS Nano, ускорят практическое применение технологии электролиза морской воды, обеспечив стабильное производство водорода даже в морской воде.
Водород привлекает внимание как экологически чистый источник энергии, не выделяющий углерод. Однако в традиционных технологиях электролиза воды используется в основном чистая пресная вода, что приводит к высоким производственным затратам и вызывает опасения по поводу доступности водных ресурсов. Для устранения этих недостатков появилась альтернатива — электролиз морской воды. Тем не менее сохраняется серьёзная проблема: ионы хлора (Cl⁻), присутствующие в морской воде, могут легко разъедать электроды для электролиза, значительно сокращая срок службы систем производства водорода.
MXene — это двумерный наноматериал, состоящий из металлов и углерода или азота. Он обладает превосходной электропроводностью и может сочетаться с различными соединениями металлов, что делает его подходящим для изготовления электродов. Однако у него есть существенный недостаток: из-за высокой реакционной способности по отношению к кислороду и воде он подвержен окислению, что снижает его стабильность и ограничивает возможности применения.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа намеренно окислила MXene, чтобы сформировать стабильную проводящую структуру, и изготовила композитный электрод-катализатор, соединив его с ферритом никеля (NiFe₂O₄), катализатором выделения кислорода, с помощью высокоэнергетического шарового измельчения. Полученный композитный катализатор показал примерно в 5 раз более высокую плотность тока и в 2 раза большую долговечность по сравнению с обычными катализаторами.
Кроме того, он продемонстрировал превосходную устойчивость к ионам хлора, эффективно предотвращая коррозию электрода. Благодаря этому процессу команда добилась высокой однородности и воспроизводимости, заложив основу для крупномасштабного производства. Кроме того, помимо оценки эффективности катализатора в лабораторных условиях, команда успешно протестировала материал в реальной электролитической ячейке.
Эта технология имеет большое значение, поскольку она позволяет преодолеть ограничения обычных материалов на основе MXene, одновременно обеспечивая проводимость и долговечность, что делает её пригодной для электролиза морской воды. Кроме того, разработка позволит ускорить практическое внедрение и будет способствовать глобальному расширению инфраструктуры для производства водорода.
Доктор Джучан Янг, главный исследователь Корейского института морских наук, заключил: «Мы проводим последующие демонстрационные исследования, чтобы усовершенствовать технологию и сделать её основой для устойчивого производства водорода».
[Фото: Korea Institute of Materials Science (KIMS) / Dr. Juchan Yang]
