Новый материал для эффективного получения «зеленого» водорода предложили в МФТИ

В МФТИ разработали новый катализатор, который может сделать производство водорода из воды более доступным и эффективным. Работа ученых посвящена созданию материала на основе соединений марганца, селена и неодима, сообщили в пресс-службе вуза.

Водород часто называют одним из ключевых видов топлива будущего. При его использовании не образуется углекислый газ. В идеальном случае продуктом реакции становится обычная вода. Однако сегодня широкому распространению «зелёного» водорода мешает высокая стоимость его производства. Один из наиболее экологичных способов – электролиз воды, при котором вода расщепляется на водород и кислород с помощью электрического тока. Для эффективной работы электролизёров необходимы вещества, ускоряющие химическую реакцию (катализаторы).

Лучшие катализаторы для получения водорода обычно содержат платину и другие благородные металлы. Они работают эффективно, но стоят дорого. По этой причине ученые по всему миру ищут более дешевые и устойчивые альтернативы.

В новой работе ученые МФТИ предложили использовать в качестве катализатора гетероструктуру, состоящую из селенида марганца и оксида неодима. Это не просто смесь двух веществ, а материал, в котором разные компоненты соприкасаются друг с другом и за счёт этого усиливают полезные свойства системы.

«Наши опытные испытания в ходе экспериментов показали, что новый катализатор эффективно работает в щелочной среде. Для достижения стандартной плотности тока 10 мА/см² ему потребовалось всего 83 мВ дополнительного напряжения. Чем меньше это значение, тем меньше энергии теряется в процессе получения водорода. Кроме того, материал смог работать при более высокой плотности тока 100 мА/см² при напряжении 152 мВ и сохранял стабильность в течение 80 часов испытаний», – рассказал соавтор исследования,  профессор кафедры молекулярной и клеточной биологии ФБМФ МФТИ, член-корреспондент РАН Сулейман Аллахвердиев.

По мнению авторов, такие перспективные характеристики связаны с особой структурой материала. На границе селенида марганца и оксида неодима возникает взаимодействие, которое облегчает движение электронов и делает поверхность катализатора более активной. Пористая структура также помогает: она увеличивает площадь контакта материала с раствором, что физически создаёт больше мест, где может образовываться водород.

Практическое значение работы заключается в том, что она показывает один из возможных путей к созданию более дешёвых катализаторов для водородной энергетики. Пока речь идёт о лабораторном исследовании, а не о готовом промышленном устройстве. Однако такие материалы могут стать основой для новых поколений электролизеров, если дальнейшие испытания подтвердят их долговечность, масштабируемость и экономическую эффективность.

Разработка подобных катализаторов важна для перехода к низкоуглеродной энергетике. Чем дешевле и эффективнее будет производство водорода из воды с использованием возобновляемой электроэнергии, тем ближе станет его применение в промышленности, транспорте и системах хранения энергии.

Работа опубликована в научном журнале Fuel.