Новый катализатор поможет выделять водород из сельхозотходов

Карбиды переходных металлов, в частности карбид молибдена, благодаря каталитической активности и стабильности стали одним из основных классов недрагоценных катализаторов для реакций выделения водорода. Традиционные способы получения карбидов (пиролиз, синтез с помощью расплавленных солей или дуговой разряд в инертной среде) часто энергозатратны, требуют дополнительных этапов постобработки и дорогостоящего исходного сырья высокой чистоты. Это делает синтез ценного катализатора дорогим, сложным и экологически вредным.

Ученые молодежной лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ предложили использовать в качестве катализатора карбид молибдена, полученный с использованием углерода из сельскохозяйственных отходов — рисовой шелухи, каучука, соломы, листьев ивы, смеси листьев и кедровой щепы. Биомассу политехники подвергали пиролизу, а затем из полученного углерода и порошка молибдена синтезировали карбид. Синтез проходил безвакуумным электродуговым методом — собственной технологией ученых ТПУ.

«Регулирование процесса синтеза и использование разных видов сельскохозяйственных отходов позволяют настраивать текстуру и пористость образцов карбидов под конкретные требования катализатора. Наши исследования показывают, что замена технического углерода на отходы биомассы позволяет существенно снизить стоимость карбида молибдена. Такой катализатор обладает умеренной электрокаталитической активностью», — отметила один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Юлия Васильева.

Ученые провели исследования фазового состава и микроструктуры полученных образцов карбида молибдена с помощью рентгеновской дифракции, электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Они оценивали каталитическую активность материала при электрическом разложении воды в кислотной и щелочной среде.

Результаты исследования показали, что разная биомасса в составе углерода дает разные показатели высвобождения водорода. Так, лучший показатель продемонстрировал карбид молибдена из углерода на основе кедровой щепы — как в кислотной, так и в щелочной среде. При этом образцы катализаторов с углеродом на основе соломы также демонстрируют повышенную активность в кислотной среде в сравнении с рассмотренными образцами.

«Для получения катализаторов на основе карбида молибдена из биомассы с оптимальными характеристиками (чистотой и эффективностью) требуется 40% избыток углерода. Такие материалы обладают особенной текстурой и пористостью, которая повышает активность и транспортировку водорода», — добавила Юлия Васильева.

Ученые продолжат исследования по разработке и испытанию характеристик различных материалов для получения максимально эффективных катализаторов для получения водорода.

Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования РФ. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 5,6).