Новый метод оценки эффективности и стабильности катализаторов, разработанный учеными под общим руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), способен помочь ускорить использование водорода в качестве экологически чистого источника энергии на транспорте и в других сферах. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Группа исследователей (преимущественно из научных центров США) разработала метод прогнозирования активности и стабильности платиновых сплавов – двух ключевых показателей того, как они будут работать в качестве катализаторов в водородных топливных элементах. Затем, используя эту методику, они разработали и произвели сплав, который дал отличные результаты в условиях, приближенных к реальным. Выводы исследователей были опубликованы в научном журнале Nature Catalysis.
Один из ведущих авторов исследования Ю Хуанг, профессор материаловедения и инженерии, а также сотрудник Калифорнийского института наносистем UCLA, отметила: «Уже имеются концепты автомобилей на водородных топливных элементах, но требуется сделать их заметно дешевле. В этом исследовании мы придумали подход, позволяющий исследователям намного быстрее определять правильные катализаторы».
Топливные элементы вырабатывают энергию, используя кислород из атмосферы и водород. Ключевым шагом в этом процессе является использование катализатора для разрыва парных связей между атомами кислорода. Катализаторы, которые работают лучше всего, являются высокоактивными, чтобы запускать реакцию, а также достаточно стабильными, чтобы их можно было использовать в течение длительного периода времени.
Платина считается лучшим химическим элементом для этой цели, но ее редкость делает технологию непомерно дорогой для широкомасштабного внедрения. Сплав, сочетающий платину с более доступными металлами, уменьшает стоимость, но никогда не существовало практического, реального метода быстрого отбора того состава сплава, который стал бы наилучшим катализатором. Поэтому все достижения в этой технологии до сих пор происходили методом проб и ошибок.
«Теперь сделан решающий шаг вперед к рациональной разработке, вплоть до микроскопического масштаба, катализаторов из платиновых сплавов с оптимальной производительностью», – сказал Алессандро Фортунелли из Национального исследовательского совета Италии, один из соавторов новой разработки.
Новый метод расчетной оценки эффективности и стабильности катализаторов на основе платиновых сплавов был разработан с использованием комбинации экспериментов, сложных вычислений и рентгеновской спектроскопии, что позволило исследователям точно определить будущие химические свойства полученного сплава.
Взяв за основу экспериментальные измерения, исследователи на практике создали катализаторы, сочетающие точное количество платины, никеля и кобальта в определенной атомной структуре и конфигурации. Они показали, что сплав, который они разработали, является одновременно высокоактивным и очень стабильным, что является редкой, но столь необходимой комбинацией для катализаторов топливных элементов.
Исследовательская группа UCLA особо подчеркивает, что новый метод может быть применен к любым потенциальным катализаторам, смешивающим платину с рядом металлов, помимо никеля и кобальта.
В числе основных соавторов проведенного исследования также названы химик Цинъин Цзя из Северо-восточного университета в Чикаго и теоретик Уильям Годдард из Калифорнийского технологического института.