Новый метод размещения катализатора значительно повысил эффективность электролиза воды.

Водород играет ключевую роль в науке и промышленности благодаря своим уникальным свойствам: он является самым легким химическим элементом и обладает высокой плотностью энергии, что позволяет использовать его в качестве топлива без вредных выбросов. Единственным продуктом сгорания водорода является вода. При окислении водород соединяется с двумя атомами кислорода, образуя воду, H₂O.

Эти свойства делают водород привлекательным источником «чистой энергии». Тем не менее, его производство все еще требует значительных затрат энергии. Ученые работают над повышением эффективности электролиза воды, чтобы возобновляемые источники энергии могли обеспечить этот процесс для получения водорода.

Электролиз воды — это процесс, в котором вода разлагается на составные элементы под воздействием электрического тока. Воду различными способами контактируют с электродами — катодом и анодом. К электродам подключен источник тока. При пропускании тока на катоде выделяется водород, а на аноде — кислород. Они быстро собираются из свободных атомов в молекулярные формы водорода (H₂) и кислорода (O₂).

Относительно медленный физико-химический процесс разложения воды на кислород и водород известен как реакция выделения кислорода (oxygen evolution reaction, OER). Ускорить OER можно с помощью катализаторов из благородных металлов. Золото, серебро, платина и иридий — это редкие и дорогие металлы, для ускорения реакции с их участием также требуется дополнительная энергия.

Международная исследовательская группа разработала новый метод электрохимического расщепления воды. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Новый подход использует атомарно распределенный иридий в качестве катализатора. Этот металл встроен в структуру с диметилимидазолом и гидроксидом кобальта и железа. Ключевым новшеством группы исследователей является именно расположение этих компонентов: они собраны в объемную структуру, что значительно повысило эффективность и производительность разложения воды.

Предложенный учеными метод значительно увеличивает активность OER и требует минимальных затрат дополнительной энергии. Объемная структура использует лишь отдельные атомы иридия, что снижает стоимость использования катализатора и делает ускоренную реакцию более стабильной.