Ученые Сколтеха представили инновационный катализатор, который способен значительно ускорить и удешевить производство экологичного водородного топлива из мочевины. Ключевой проблемой в этой области до сих пор была быстрая деградация традиционных катализаторов в агрессивной среде химической реакции. Российским исследователям удалось решить эту задачу, создав уникальный материал на основе никелевых нанопроводов, заключенных в оболочку из однослойных углеродных нанотрубок, дополнительно обработанных азотной плазмой.
Такой подход кардинально повысил стабильность катализатора, что важно для его использования в промышленных электролизерах. Так, по мере постепенного отказа от ископаемых видов топлива, актуальным носителем для накопления энергии становится водород. Известно несколько промышленно значимых химических реакций для производства водорода — все они требуют катализаторов. Многообещающий вариант — окисление мочевины: этот процесс меньше других требует энергии и попутно очищает сточные воды.
Наиболее распространены в качестве катализаторов благородные металлы, такие как платина и палладий, в том числе инкорпорированные в нанотрубки. Но в последней они показывают не слишком высокую эффективность и уступают никелю и оксиду никеля. Однако никель и оксид никеля как таковые подвержены деградации в суровых условиях этих реакций. Зато при инкорпорировании в однослойные углеродные нанотрубки мы наблюдаем гораздо более положительные результаты — ранее такой подход к катализу реакции окисления мочевины не был описан.
Особую роль в успехе сыграла предварительная обработка нанотрубок азотной плазмой. Эта процедура создает на их поверхности дефекты, которые служат своеобразными воротами для проникновения никеля внутрь. В результате формируются более длинные нанопровода, что напрямую повышает эффективность всего катализатора. Лабораторные испытания подтвердили высокие показатели нового материала. Его каталитическая активность в пересчете на единицу массы превзошла никель в других формах, а главное — катализатор продемонстрировал исключительную долговечность. После тысячи рабочих циклов его активность снизилась менее чем на 2%, что открывает широкие перспективы для коммерциализации данной разработки и ее применения в устойчивой энергетике будущего.
Ранее ученые Сколтеха впервые в реальном времени зафиксировали наномасштабные превращения в «умном» пластике — сверхвысокомолекулярном полиэтилене.
