Водород считается наиболее близким к следующему экологически чистому источнику энергии, поскольку он выделяет только кислород и воду. Существуют различные методы производства серого, синего и зеленого водорода. Процесс и тип производимого водорода зависят от источника энергии и выбросов углерода. Из них производство зеленого водорода является наиболее экологичным методом, не выделяющим CO2. Таким образом, исследователи ищут способы повышения эффективности производства зеленого водорода из активных MXenes.
Исследовательская группа из Корейского института науки и технологий (KIST) под руководством доктора Альберта Сунг Су Ли в сотрудничестве с группой профессора Чон Мин Ку из Университета Сонгюнкван разработала окислительно- стабильный MXene на основе молибдена в качестве электрокаталитической подложки для электролизеров воды с анионообменной мембраной.
В недавно опубликованном отчете подчеркивается, что MXene устойчив к окислительным условиям высокого напряжения . Эксперимент показывает, что MXene можно использовать в качестве электродного материала для реакции выделения кислорода при производстве экологически чистого водорода. Это также может снизить себестоимость его производства.
Производство зеленого водорода и потребность в MXene
Для расщепления воды на молекулы водорода и кислорода требуется много энергии. Катализатор с крошечными наночастицами, обеспечивающими большую площадь поверхности для реакции, может снизить энергию, необходимую для процесса.
Однако эффективность производства водорода со временем снижается, поскольку частицы катализатора агломерируются. Чтобы предотвратить это, углерод в основном используется в качестве катода, но он окисляется до CO2 в ходе реакции окисления анода.
Таким образом, Mxene, наноматериалы используются в качестве носителей. Поскольку они состоят из атомов металлов (Mo, Ti, Ta, Hf и т. д.) и атомов углерода или азота, они проявляют электропроводящие свойства. Кроме того, они имеют 2D наноструктуру, которая подходит для поддержки катализатора. Эти особенности делают их подходящими для производства водорода.
В другом исследовании ученые из Техасского университета разрабатывают водородное топливо из богатых железом горных пород.
Основные моменты:: Улучшенное производство зеленого водорода из активных MXenes
- MXenes основаны на титане и из-за своей атомной природы легко окисляются в воде. Это привело к неотъемлемому недостатку катализатора, который не мог поддерживать высокую электропроводность.
- Чтобы преодолеть это ограничение, команда разработала MXene на основе карбида молибдена в качестве вспомогательного катализатора.
- MXene на основе молибдена создает прочные связи между атомами молибдена и активным материалом кобальтом на поверхности.
- Выработка водорода увеличивается в 2.45 раза за счет химических связей, образующихся в результате реакции.
- Срок службы ячеек увеличился в 10 раз по сравнению с результатами новейшего MXene на основе титана (который составил менее 40 часов).
- Новый подход снижает себестоимость производства зеленого водорода.
- Он будет применяться на крупных заводах по производству водорода и электростанциях.
Доктор Альберт Сунг Су Ли из KIST говорит: «Контролируя элементы, из которых состоит MXene, мы смогли найти подходящих кандидатов для производства экологически чистого водорода и, таким образом, обеспечить стабильную основу из MXene в окислительной среде».
«В будущем мы внесем свой вклад в возрождение водородной экономики, разрабатывая кислородогенерирующие электродные катализаторы с высокой каталитической эффективностью и долговечностью», — добавил доктор Ли.
