Исследователи из Беркли разработали простой способ изготовления тонких листов карбидов недорогих металлов, которые можно использовать для эффективного расщепления воды на кислород и водород.
Для создания катализатора ученые смешивают желатин с ионами молибдена, вольфрама, кобальта или других, а затем заливают водой. Затем они дают составу застыть, при этом желатин самостоятельно образует слоистую структуру, что приводит к формированию листов из ионов металлов, толщиной всего несколько нанометров. Нагревание смеси до 600 °C приводит к тому, что металлы вступают в реакцию с атомами углерода желатина, образуя большие листы карбида. Остаток непрореагировавшего продукта просто сгорает.
Исследовали определяли эффективность катализаторов, поместив их в воду и пропустив через них электрический ток. В результате было установлено, что карбид молибдена лучше всего расщеплял атомы Н2О, затем соединение с вольфрамом, а не третьем месте нанолисты с кобальтом. Остальные металлы были менее эффективны. Ученые также выявили, что, добавление небольшого количества кобальта к ионам молибдена, увеличивает производительность катализатора.
Иллюстрация преобразования желатиновой смеси в нанолисты карбида металла.
По словам ученых, высокая эффективность материалов обусловлена их двумерной формой, которая обеспечивает хороший контакт воды с поверхностью, что стимулирует реакцию расщепления. Показатели преобразования близки к уровню катализаторов из платины и углерода, которые является золотым стандартом в этой области. Однако более низкая стоимость нового варианта, позволяет использовать его в промышленных масштабах.
Снимок наноразмерного листа карбида металла.
В данный момент команда изучает эффективность соединений с другими металлами и их возможные комбинации. Исследователи утверждают, что переход на возобновляемые источники энергии значительно повысит потребность в водороде, который станет заменой ископаемого топлива и сможет питать оборудование в пасмурные и безветренные дни.
Другой тип удивительного катализатора представили исследователи из Университета Питтсбурга. Они разработали наноматериал с металлоорганической структурой, который способен поглощать углекислый газ и водород из воздуха, создавая из них полезные химические вещества.
текст: Илья Бауэр, фото: Xining Zang illustration/Wiley