В рамках глобальной цели достичь углеродной нейтральности к 2050 году ключевую роль играют экологичные технологии, включая электролитическое расщепление воды для получения водорода. Японские исследователи из Университета Тохоку представили прорывной подход к созданию стабильного и эффективного катализатора, пригодного для промышленного применения.

Катализаторы и их предшественники критически важны для электрохимических реакций, однако их стабильность и активность часто снижаются из-за процесса «реконструкции» — структурных изменений во время работы. Этот феномен зависит от множества факторов: свойств прекатализатора, состава электролита, метода электрохимической индукции и температуры.

«Представьте, что вы играете в теннис, но мяч меняет форму после каждого удара. Примерно так же сложно проектировать катализаторы, которые трансформируются в процессе», — пояснил Хэн Лю, ведущий автор исследования.

Команда сосредоточилась на управлении реконструкцией прекатализатора Co2Mo3O8 под воздействием электрического потенциала. В ходе экспериментов выяснилось, что приложенное напряжение контролирует превращение поверхностной структуры материала, сопровождаемое «вымыванием» части компонентов прекатализатора в электролит.

В результате образовался композитный катализатор Co(OH)2@Co2Mo3O8, продемонстрировавший рекордные показатели. Его эффективность по Фарадею для генерации водорода достигла 99,9% (относительно обратимого водородного электрода, RHE), а стабильность сохранялась свыше 30 дней.

«Наш катализатор не только эффективен, но и пригоден для длительного хранения, что критично для промышленного внедрения», — подчеркнул Лю. Исследование раскрыло взаимосвязь между эволюцией прекатализатора, изменением электролита и итоговой производительностью системы. Эти данные открывают путь к целенаправленному дизайну катализаторов для «зелёной» энергетики.

Работа японских учёных вносит вклад в разработку технологий, способных ускорить переход на водородное топливо и смягчить последствия климатического кризиса.