Новый катализатор тригональной фазы Co3O4 снижает перенапряжение на 181 мВ при кислотном электролизе воды
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Группа исследователей сообщает о новом катализаторе тригональной фазы Co3O4, который достигает перенапряжения всего 269 милливольт при плотности тока 10 мА см−2 в реакции выделения кислорода в кислой среде, что на 181 мВ лучше, чем у традиционного шпинельного оксида кобальта. В электролизерах с протонообменной мембраной материал обеспечивает плотность тока более 1800 мА см−2 при напряжении 1,80 В, приближая катализаторы без благородных металлов к конкуренции с системами на основе иридия.
Рекордные показатели
Новый катализатор, синтезированный методом вакуумно-механохимической обработки в расплаве щелочи, демонстрирует перенапряжение 269 мВ при 10 мА см−2 в кислотной реакции выделения кислорода — на 181 мВ меньше, чем у шпинели Co3O4. В мембранных электролизерах с протонным обменом он обеспечивает ток более 1800 мА см−2 при напряжении 1,80 В, превосходя большинство известных аналогов без иридия. Эта разработка решает давнюю проблему поиска прочных и высокоактивных замен дорогому и дефицитному оксиду иридия.
Структурные преимущества
В отличие от традиционной шпинели Co3O4, где смешаны неактивные тетраэдрические и активные октаэдрические центры кобальта, новая тригональная фаза (Tri-Co3O4) состоит исключительно из соединённых рёбрами октаэдров [CoO6] в пространственной группе P-3m1. Эта трёхслойная компактная структура размещает ионы Co2+ и Co3+ в соотношении 1:2 только в октаэдрической координации, что оптимизирует адсорбцию промежуточных соединений и подавляет растворение кобальта — основной путь деградации в кислой среде.
Путь к коммерциализации
Электролиз воды с протонообменной мембраной — ведущая технология производства зелёного водорода — сегодня опирается на аноды на основе иридия из-за агрессивной кислотной среды. Исключительная редкость и цена иридия стимулируют глобальный поиск альтернатив. Показатели катализатора Tri-Co3O4 при промышленных плотностях тока указывают на его возможное использование в качестве недорогой замены, если будет подтверждена долгосрочная стабильность.
Что дальше
Исследовательская группа сейчас сосредоточена на тестах долговечности в электролизных стеках киловаттного масштаба для оценки деградации в течение тысяч часов. Сохранит ли катализатор свою активность в промышленных условиях — открытый вопрос, от которого зависит его коммерческая перспектива.
1 источник
Новый катализатор тригональной фазы Co3O4 снижает перенапряжение на 181 мВ при кислотном электролизе воды
