Учёные из Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая и Германии разработали электрокатализаторы на основе дисульфида молибдена (MoS₂) для производства водорода. Новые продукты созданы путём нанесения специальных чернил на поверхность бумаги с металлическим покрытием методом струйной печати, они дешевле и доступнее существующих аналогов, а их использование делает производство водородного топлива более эффективным и рентабельным. Проект реализуется при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Результаты работы опубликованы в Chemical Engineering Journal.
Сегодня мировое научное сообщество интенсивно занимается исследованиями и разработкой устойчивых и возобновляемых источников энергии, способных уменьшить зависимость общества от ископаемых видов топлива. Водород — один из наиболее перспективных энергоносителей будущего. Из всех существующих способов его получения наиболее экологически безвредным считается электролиз воды, который не сопровождается выделением парниковых газов. Но данная технология требует применения таких дорогостоящих катализаторов, как платина. Поэтому актуальной задачей является разработка недорогих катализаторов с высокой производительностью.
Исследователи из научной группы TERS-Team совместно с коллегами из Китая разработали новый материал, способствующий эффективному производству водородного топлива. Он состоит из пластинок MoS₂ и восстановленного оксида графена.
«MoS₂ представляет собой слоистый материал, состоящий из атомов молибдена и серы. Он принадлежит к семейству дихалькогенидов переходных металлов, относящихся к классу двухмерных материалов с уникальными электронными и оптическими свойствами. Кроме того, дисульфид молибдена — относительно дешёвый и достаточно распространённый материал. А его сочетание с оксидом графена облегчает процесс переноса электронов, необходимый для производства водородного топлива», — рассказывает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Сначала исследователи изготовили специальные чернила, содержащие нанопластинки MoS₂ и частицы восстановленного оксида графена. Затем чернила наносились на электрод из медной пластинки с помощью струйной печати. Это позволило сформировать пространственную структуру нанолистов дисульфида молибдена. После чего исследовались физико-химические свойства полученного материала.
«Дисульфид молибдена обладает уникальными электронными свойствами, которые делают его хорошим электрокатализатором. Края нанолистов MoS₂ богаты активными центрами для реакции выделения водорода, это обеспечивает её активность и селективность. Поскольку у дисульфида молибдена в виде нанопластин большая площадь поверхности, для протекания реакции доступно больше активных центров. А 3D-структура материала позволяет молекулам получить доступ к активным местам на краях пластинок и улучшить перенос электронов, что приводит к эффективной генерации водорода», — поясняет Рауль Родригес.
Предложенный учёными метод доступен по цене, а материал, благодаря технологии струйной печати, может производиться в больших масштабах. Это может сделать производство водородного топлива более эффективным и рентабельным.
На следующем этапе проекта учёные планируют оптимизировать электрокатализаторы за счёт использования лазерной обработки, сделав их более надежными, экономичными и эффективными.
