Команда исследователей под руководством доктора Джучана Янга, представляющего Корейский институт материаловедения (KIMS), добилась значительного научного прорыва: создан новый композитный катализатор, основу которого составляют инновационные материалы MXene и феррит никеля (NiFe₂O₄). Это решение существенно повышает эффективность электродов и обеспечивает их превосходную устойчивость для проведения электролиза морской воды — процесса, важного для перспективных технологий экологически чистого получения водорода.
Почему водород так важен для будущего энергетики?
Водород признан одним из самых перспективных энергетических ресурсов XXI века. Он способен заменить традиционные источники топлива, не оставляя при сгорании углеродного следа. На практике получение водорода методом электролиза воды долгое время оставалось зависимым от запасов пресной воды. Это ограничивало масштабирование технологии и вызывало беспокойство из-за растущего дефицита пресных водоемов. Морская вода доступна во всем мире, однако возможности ее прямого использования осложнялись высокой концентрацией хлорид-ионов, вызывающих коррозию электродов и последующее разрушение оборудования.
MXene — материал нового поколения для энергоэффективных электродов
MXene — это особый класс двухмерных материалов, сочетающих металлы, углерод и/или азот. MXene обладают высокой электропроводностью и могут легко комбинироваться с различными металлами. Однако при всех преимуществах эти структуры обладают и недостатком: склонностью к окислению при взаимодействии с водой и кислородом. Это негативно отражается на их пригодности для продолжительной работы в агрессивных средах, таких как морская вода.
Композит MXene и феррит никеля: решение для морской воды
В рамках уникального подхода исследовательская команда целенаправленно провела контролируемое окисление MXene, что позволило получить стабильную проводящую основу материала. Следующим шагом стало объединение MXene с ферритом никеля — эффективным катализатором реакции выделения кислорода, который играет ключевую роль в процессе электролиза. Использование высокоэнергетического шарового измельчения позволило создать гомогенный композит, демонстрирующий выдающиеся свойства.
Результаты испытаний превзошли ожидания: новые электроды показали пяттикратное увеличение плотности тока и вдвое большую продолжительность службы по сравнению с традиционными катализаторами. Примечательно, что композитный катализатор оказался практически невосприимчив к негативному воздействию хлорид-ионов, а потому надежно защищён от коррозии и разрушения даже в условиях солёной морской воды.
Перспективы масштабирования и внедрения
Разработанная технология сулит значительные изменения в индустрии производства водорода. Композитные электроды на основе MXene и феррита никеля успешно прошли проверки не только в лабораторных экспериментах, но и в условиях реальных электролитических ячеек. Это подтверждает перспективность применения решений для крупномасштабных электролизёров, работающих прямо с морской водой как исходным компонентом.
Высокая однородность и воспроизводимость полученного материала упрощают его производство и делают возможной быструю адаптацию для промышленных нужд. Такой подход существенно ускорит энергетический переход на водород и поможет формировать безуглеродное будущее.
Взгляд в будущее: миссия Джучана Янга и KIMS
Доктор Джучан Янг уверенно отмечает: работа по дальнейшему совершенствованию полученной технологии продолжается. Энтузиазм и целеустремленность его команды направлены на создание основ для устойчивого, масштабируемого получения водорода без вреда для природы и с опорой на неисчерпаемые ресурсы мирового океана. Разработка композитного катализатора открывает дверь новому количеству экологически дружественных промышленных процессов и подтверждает роль Корейского института материаловедения как лидера в инновациях для зеленой энергетики.
