Ученые разработали методику, превращающую металлические отходы в эффективный катализатор для производства водорода из воды, что может существенно улучшить экологичность процесса получения водорода. Команда из Школы химии и инженерного факультета Университета Ноттингема обнаружила, что микроскопические ступеньки и канавки на поверхности стружки — побочного продукта металлообработки — могут удерживать атомы платины или кобальта, создавая тем самым высокоэффективный электрокатализатор, способный разлагать воду на водород и кислород. Водород считается экологически безопасным топливом, применяемым для отопления и в автомобильной промышленности, с водяным паром в качестве единственного побочного продукта сгорания.
На данный момент большинство методов производства водорода основывается на использовании ископаемых видов топлива. Электролиз воды является одним из наиболее перспективных «зеленых» методов, поскольку он требует только воды и электричества. Однако эффективность электролиза ограничивается необходимостью использования редких и дорогостоящих металлов, таких как платина, для катализации процесса разложения воды, что делает его экономически затратным на фоне ограниченного предложения и высокой стоимости этих металлов.
В Великобритании промышленные предприятия производят миллионы тонн металлических отходов ежегодно. Используя сканирующий электронный микроскоп, ученые исследовали поверхность стружки из нержавеющей стали, титана или никелевого сплава и нашли на ней микроскопические бороздки и выступы шириной в десятки нанометров. Доктор Джесум Алвес Фернандеш, руководитель исследовательской группы, отметил, что нанотекстурированная поверхность предоставляет уникальную возможность для создания электрокатализаторов.
Используя технику магнетронного распыления, ученые нанесли на поверхность стружки «дождь» атомов платины, которые затем собирались в наночастицы, плотно прилегая к наноразмерным канавкам. Доктор Мадасами Тхангамутху утверждает, что возможность получения водорода из воды с использованием лишь одной десятой части загрузки платины по сравнению с существующими коммерческими катализаторами является замечательным достижением. Распределив всего 28 микрограммов платины на 1 см² стружки, исследователи смогли создать лабораторный электролизер, который эффективно производит 0.5 литра газообразного водорода в минуту из одного куска стружки.
Электрокатализаторы, созданные из промышленных отходов, могут оказать значительное воздействие на экономику, объединяя устойчивое производство экологически чистого водорода с переработкой металлических отходов в рамках одного процесса. Это открытие может стать важным шагом в решении глобальных проблем связанных с достижением нулевых выбросов углерода, особенно в транспортной и обрабатывающей промышленности, при условии успешного масштабирования производства чистого водорода через электролиз.