Китайские исследователи создали новый катализатор для электролиза морской воды, который сохранял высокую эффективность более 7000 часов непрерывной работы. Эта технология может значительно упростить получение водорода из морской воды.

Водород как источник энергии

Водород рассматривается как перспективный источник экологически чистой энергии. При его использовании в качестве топлива единственным продуктом реакции становится вода. Сам водород можно получать из воды методом электролиза, при котором под действием электрического тока молекулы воды разделяются на водород и кислород.

Проблемы традиционного электролиза

Обычный электролиз требует пресной воды, запасы которой ограничены. В связи с этим предлагается использовать морскую воду, которая доступна в гораздо больших объемах. Однако перед электролизом морскую воду обычно опресняют, что увеличивает стоимость и сложность процесса. Прямой электролиз морской воды сталкивается с рядом трудностей, включая коррозионное воздействие хлорид-ионов (Cl−).

Новое решение китайских ученых

Исследователи из Южно-Китайского технологического университета установили, что небольшие количества хлорид-ионов могут не только не вредить, но и способствовать перестройке структуры катализатора, повышая его эффективность. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Особенности нового катализатора

Для ускорения относительно медленного процесса разложения воды на водород и кислород применяются катализаторы. Новый катализатор NiFe-MOF-S состоит из наночастиц дисульфида никеля (NiS2), нанесённых на нанолисты металло-органического каркаса на основе никеля и железа (NiFe-MOF). Такая конструкция позволяет точно регулировать расположение хлорид-ионов относительно активных участков катализатора.

Испытания и эффективность

Катализатор NiFe-MOF-S был протестирован в щелочной морской воде, которую подщелачивали добавлением гидроксида калия. Для достижения плотности тока 500 миллиампер на квадратный сантиметр требовалось всего 213 милливольт дополнительного напряжения, что ниже, чем в стандартном растворе гидроксида калия (268 милливольт).

Катализатор показал не только высокую эффективность, но и долговечность: он работал более 7000 часов в щелочной морской воде при плотности тока 1 ампер на квадратный сантиметр, при этом перенапряжение увеличивалось лишь на 1,4 микровольта в час.

Промышленные испытания

Электролизер с новым катализатором был также испытан в условиях, приближённых к промышленным. В этих условиях устройство стабильно функционировало более 1500 часов.