Ученые из Бангалора (Индия) разработали новый сплав, который может стать ключом к эффективному производству зеленого водорода. Этот инновационный катализатор, созданный на основе высокоэнтропийного сплава (ВЭС), способен значительно улучшить процесс электролиза воды, разделяя ее на водород и кислород с минимальными энергозатратами. Такое открытие может стать важным шагом на пути к чистой энергии и снижению зависимости от дорогостоящих материалов, таких как платина.
Высокоэнтропийные сплавы представляют собой передовые материалы, состоящие из пяти или более элементов, смешанных в почти равных пропорциях. Их уникальность заключается в том, что энтропийный вклад (состояние беспорядка) преобладает над энтальпийным (сумма внутренней энергии и произведения давления на объем), что стабилизирует структуру сплава. Эти сплавы известны своей универсальностью и потенциалом для замены коммерческих катализаторов в процессах расщепления воды. Однако создание наночастиц ВЭС без примесей остается сложной задачей, требующей точного контроля на каждом этапе синтеза.
Исследователи из Центра нано- и мягких материалов (CeNS) в Бангалоре, автономного института при Департаменте науки и технологий Индии, разработали новый катализатор на основе ВЭС, состоящий из платины, палладия, кобальта, никеля и марганца. Состав сплава был определен с использованием методик, разработанных доктором Прашантом Сингхом из Национальной лаборатории AMES в США. Для создания сплава ученые применили два метода: электроосаждение при комнатной температуре и атмосферном давлении, а также сольвотермальный синтез, который требует высоких температур и давления в специальном растворителе.
В процессе электроосаждения исследователи оптимизировали выбор растворителя и потенциала осаждения, чтобы добиться нужной структуры сплава. В сольвотермальном методе ключевым стало точное подбирание растворителя и восстановителя в определенных пропорциях, что позволило контролировать скорость реакции и процесс синтеза. Эти методы позволили получить сплавы с различным количеством элементов — от двух до пяти — как в однофазной, так и в многофазной формах. Катализатор PtPdCoNiMn продемонстрировал высокую эффективность в производстве водорода, минимальные потери энергии, долговечность и стабильность в долгосрочной перспективе. Теоретические исследования показали, что оптимальное связывание промежуточных продуктов реакции на поверхности катализатора делает его более эффективным, чем коммерческие аналоги.
Важно отметить, что новый катализатор использует в семь раз меньше платины, чем традиционные аналоги, при этом превосходя их по эффективности. Кроме того, сплав показал отличные результаты в реальных условиях, включая использование в щелочной морской воде, сохраняя стабильность и производительность на протяжении более 100 часов без признаков деградации.
Это открытие может стать прорывом в области производства экологически чистого водорода, сделав его более доступным для промышленности и технологий возобновляемой энергии. Исследование было поддержано Национальным исследовательским фондом Анушандан (ANRF) Индии, а его результаты были опубликованы в авторитетных журналах Advanced Functional Material и Small. Ученые надеются, что их работа внесет значительный вклад в глобальные усилия по переходу к устойчивым источникам энергии.
