Исследователи из Томского политехнического университета вместе с китайскими коллегами нашли способ превращения карбида молибдена в катализатор для расщепления воды. Он позволит заменить в этом качестве дорогостоящую платину. Подробная информация об исследовании опубликована в журнале Materials Chemistry and Physics.

«Водород — экологически чистый источник энергии. И чем проще, дешевле и безопаснее его можно будет создавать, тем быстрее водородные технологии войдут в энергетику. Один из вариантов получения водорода — выделять его из воды с помощью электролиза. При этом для ускорения протекания реакции разложения воды на водород и кислород используют различные катализаторы, обычно на основе платины и палладия. Мы предложили использовать вместо них карбид молибдена с добавлением азота», — объясняет одна из авторов статьи, аспирантка Томского политехнического университета Юлия Васильева.

Дешевизна нового катализатора объясняется новым методом его синтеза. Авторы новой работы создали установку для получения сверхтвердых материалов на основе карбидов — соединений углерода с металлами и неметаллами. Эти тугоплавкие и сверхтвердые материалы применяются для создания силовой электроники, изделий ядерной промышленности и керамических бронепластин. Главное преимущество метода, предложенного российскими учеными, — отсутствие специальных условий получения. Этот метод безвакуумный, а значит, получать карбиды можно даже на открытом воздухе. Для этого не требуется специальных условий с инертной газовой средой, что удешевляет производство катализаторов.

Чтобы получить такой катализатор, ученые использовали порошки углерода и молибдена. Они гораздо доступнее и дешевле платины и палладия. Добавление азота в структуру катализирующего материала позволяет сделать катализатор еще более активным. С помощью специальной установки исследователи смогли достигнуть достаточно высокой скорости производства карбида молибдена — примерно одного грамма в минуту. Сама установка состоит из силового источника питания, источника постоянного тока, электродов и системы управления.

«В ходе нашего метода синтеза на исходные элементы воздействует электродуговой разряд. Обычно этот процесс требует вакуума — иначе материалы просто сгорают на открытом воздухе. Мы входим в небольшой процент коллективов в мире, который проводит процесс в безвакуумной среде. Оказалось, что при определенных условиях сам разряд генерирует защитную газо-плазменную область, она буквально укрывает продукты синтеза от кислорода. Этот эффект мы и использовали в своей установке», — говорит руководитель группы, научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» ТПУ Александр Пак.