Ученые объяснили высокую активность нового катализатора для расщепления воды
Специалисты Швейцарской Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) изучили катализатор для реакции выделения кислорода (РВК), открытый около 3 лет назад. Выяснилось, что его высокая активность обусловлена взаимодействием двух разделенных фазой компонентов оксидов железа и никеля.
РВК – один из сложных этапов в процессе производства водородного топлива из возобновляемых источников энергии. После многих лет интенсивных исследований, специалисты определили никель-железный оксид как перспективный катализатор реакции в щелочной среде. Материал, в частности, имеет наибольшую активность на реакционный центр среди металлических соединений. Около 3 лет назад лаборатория Силе Ху в EPFL открыла еще более эффективный катализатор с аналогичным составом, сообщает sciencedaily.com. Его было легко синтезировать и можно было использовать в промышленных системах.
Группа, включавшая Фана Сонна и Элицу Петкучеву, подала международный патент на изобретение. Опыты показали, что катализатор может работать в промышленных условиях, требуя напряжения менее 200 мВ. Специалисты начали поиск индустриальных партнеров для вывода продукта на рынок. При этом они не понимали причины высокой активности катализатора.
За ответом на вопрос команда обратилась к Клеменс Корминбёф и ее постдокторанту Майклу Бушу. Специалисты использовали вычисления функциональной теории плотности для поиска теоретического объяснения активности. Расчеты показали, что эффективность катализатора обусловлена взаимодействием двух фазо-разделенных компонентов оксидов железа и никеля. Оно преодолело ограничение стандартных металлических комплексов, где реакция происходит только на одном участке. Специалисты назвали процесс бифункциональным механизмом.
Гипотезу частично подтвердила рентгеновская спектроскопия поглощения, указавшая на наличие двух разделенных фазами оксидов железа и никеля. Чтобы протестировать катализатор методикой в работе, группа объединилась с профессором Хао Мин Ченом из Национального университета Тайваня. Ученый обнаружил уникальную структуру материала – нанокластеры ?-FeOOH, ковалентно соединенные с ?-NiOOH. Она делает катализатор железо-никелевым, а не никель-железным. Хотя прямых доказательств нет, структура соответствует предложенному бифункциональному механизму.
Результаты исследования описаны в ACS Central Science.
