Міжнародна дослідницька група, до складу якої входять вчені з Університету Аделаїди, розробила високоефективний мікроскопічний іридієвий каталізатор, який може стати важливим кроком до більш доступного та ефективного виробництва зеленого водню.

Дослідники з Університету Аделаїди разом із вченими з Університету Тохоку (Японія), Токійського університету науки та Університету Вандербільта (США) успішно розробили мікроскопічні іридієві каталізатори, які можуть призвести до покращення виробництва зеленого водню.

Дослідники заявили, що крихітні каталізатори містять лише 15 атомів іридію та перевершують комерційно доступні іридієві каталізатори в 1,5 раза за масовою активністю, демонструючи при цьому чудову довговічність.

Зелений водень отримують шляхом розщеплення води на водень та кисень з використанням відновлюваної електроенергії. Однією з найбільших проблем, пов’язаних з цим процесом, є реакція виділення кисню (РВК). Ця хімічна реакція відбувається у висококислому та корозійному середовищі, і іридій виявився одним з небагатьох каталізаторів, здатних витримувати це середовище, але через вартість та обмежену доступність були спроби зменшити кількість використовуваного рідкісного металу, максимізуючи його реакційну активність.

Один із підходів до мінімізації кількості використовуваного іридію полягає у створенні атомарно точних металевих нанокластерів, крихітних агрегатів атомів металу. Зменшення розміру металевих частинок до кластерів розміром 1 нанометр (нм) збільшує їхню питому площу поверхні та активні центри. Недоліком збільшення площі поверхні є те, що іридій окислюється під впливом повітря і тому стає нестабільним.

Щоб подолати цю нестабільність, дослідницька група розробила метод відновлення поліолів за допомогою етиленгліколю та процес обміну лігандів для захисту атомів іридію.

Інкапсулюючи ядро ​​атомів іридію молекулами монооксиду вуглецю та трифенілфосфіну, вони змогли отримати 15-атомні нанокластери іридію, які залишаються дуже стабільними та стійкими до окислення, навіть при повному синтезі на відкритому повітрі.

Потім дослідники прикріпили нанокластери до носія з сажі, щоб створити твердий каталізатор із середнім розміром частинок 0,9 нм.

Випробування показали, що новий матеріал має приблизно в 1,5 раза більшу масову активність, ніж звичайні комерційні іридієві каталізатори. Каталізатор також продемонстрував чудову довговічність, працюючи безперервно понад 20 годин без значної втрати продуктивності.

Подальший аналіз показав, що ультрамініатюризація частинок іридію змінила їхні електронні властивості таким чином, що хімічні реакції відбувалися ефективніше.

Представник Університету Тохоку Юічі Негіші заявив, що цей прорив може призвести до покращення виробництва зеленого водню.

«Ми очікуємо, що ці висновки стануть новою віхою в дослідженнях металевих нанокластерів та зеленого водню, оскільки це може допомогти нам створити економічно ефективні, високопродуктивні металеві нанокластери для вирішення нагальних глобальних енергетичних та екологічних проблем», – сказав він.