Как создать эффективный органический катализатор для топливных элементов

Топливные ячейки считаются самым перспективным средством хранения и конвертации химической энергии в электрическую, поскольку побочным продуктом этого процесса является обычная вода. А чтобы конверсия имела максимальную эффективность, электроды ячеек содержат различные катализаторы, изготавливающиеся из сплавов на основе платины, рутения и других не менее дорогих металлов.

Поэтому создание органических катализаторов для топливных элементов стало настоящим прорывом.

Рассматриваемое исследование, предпринятое в Университете Умео (Швеция), принесло дополнительную информацию о механизме работы таких катализаторов, которую можно использовать для более эффективного их производства.

uy6rcu65ej_600.jpg Рис. 1. Схема работы органического катализатора на углеродных нанотрубках, допированных азотом (синие атомы). (Иллюстрация Umeå University).

Идея получения доступных, полностью органических катализаторов воплотилась три года назад, когда в журнале Science появилось сообщение о создании такого катализатора на основе допированных азотом углеродных нанотрубок: итоговый продукт катализировал расщепление молекулярного кислорода с той же эффективностью, что и платина.

Публикация подняла настоящую волну, но до сих пор многие вопросы, касающиеся механизма и эффективности каталитического процесса, который протекает, очевидно, на дефектах (где атомы азота заместили углерод), не имели ответов.

Идеальных углеродных нанотрубок не бывает, но в данном случае дефекты были созданы сознательно — замещением углеродных атомов азотными. По словам шведских учёных, именно так вокруг дефектов были получены локальные центры, обладающие повышенной электронной плотностью. А увеличение электронной плотности, очевидно, ведёт к появлению желаемой каталитической активности.

Выяснилось, что

каталитический эффект зависит от типа азотных дефектов. Так, локальные центры вокруг четвертичных атомов азота проявляют наивысшую активность в реакции восстановления кислорода. Кроме того, удалось показать, что

использование простого нагревания конвертирует неэффективные азотные дефекты в самые действенные.

Отчёт об исследовании можно найти в журнале ACS Nano.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (4 votes)
Источник(и):

1. Университет Умео

2. compulenta.ru