Группа ученых кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и университета Виджаянагара Шри Кришнадеварая синтезировали дешевый гибридный композит для электрокатализа кислорода, передает inbusiness.kz со ссылкой на пресс-службу МГУ им. М.В. Ломоносова.
По информации пресс-службы вуза, зеленая энергетика неразрывно связана с совершенствованием технологий. Одним из направлений ее развития стал поиск альтернатив для традиционных энергетических систем, зависящих от ископаемого топлива.
Примером могут служить регенеративные топливные элементы, электролизеры воды и металл-воздушные батареи. Их привлекательность обусловлена способностью обеспечивать непрерывный поток энергии с высокой выходной мощностью, плотностью энерговыделения и нейтральным выбросом углерода. Работа обратимых топливных элементов и металл-воздушных батарей основана на реакции катодного восстановления кислорода, источником которого выступают электролизеры.
Практическая реализация данных устройств сталкивается с рядом проблем. Среди них: медленная скорость реакции и неблагоприятная термодинамика, приводящая к значительным перенапряжениям и сложности переноса протона-электрона. Все это накладывает ограничения на эффективность процесса. Сильно увеличивает стоимость необходимость использовать драгоценные металлы, такие как платина, для осуществления катодных реакций или рутений и иридий для анодных. При этом далеко не всегда в подобных системах удаётся достичь достаточной стабильности и функциональности.
По этой причине разработка электрокатализаторов на основе неблагородных металлов, а также оптимизация условий протекания химических реакций и дизайна установок крайне важны для дальнейшего применения в промышленности.
"Ранее в нашей лаборатории мы исследовали перспективные для фотохимии красители тетрапирольного типа. Они обладали достаточно интересными свойствами, в том числе и электрохимическими, причём не только для органического лиганда, но и для металла, входящего в их состав. Наши индийские коллеги занимались вопросами создания топливных элементов на основе реакции катодного восстановления кислорода и предложили попробовать наши соединения в качестве катализатора данной реакции", - рассказала один из авторов работы, ведущий научный сотрудник лаборатории биоэлементоорганической химии химического факультета МГУ Татьяна Дубинина.
По ее словам, в своей первой совместной работе ученые двух научных институтов исследовали свойства бромированного фталоцианина кобальта. Основная сложность была связана с тем, что органическая часть являлась диэлектриком.
Именно по этой причине в качестве проводящего слоя они использовали наночастицы углеродной сажи Ketjen black. В результате, композит получился бифункциональным, позволив одновременно осуществлять как реакцию восстановления кислорода, так и процесс кислородного переноса. По своим параметрам он не уступал материалам, сделанным с применением драгоценных металлов, а по некоторым даже превосходил их, и, конечно же, был значительно дешевле.
"Это только первая работа в предстоящем цикле, но уже по ее итогам нам удалось получить композитный материал для электрокатализа, не уступающий по характеристикам более дорогим аналогам на основе благородных металлов. В дальнейшем мы планируем узнать, что изменится, если мы заменим кобальт на другие металлы или попробуем использовать другие тетрапиррольные лиганды. В перспективе данное исследование открывает возможность для промышленного производства современных и сравнительно недорогих регенеративные топливных элементов и металл-воздушных батарей", – пояснила Татьяна Дубинина.
Отмечается, что результаты своей работы они опубликовали в журнале ACS Applied Energy Materials
Читайте по теме:
Наномембранный реактор для производства биотоплива изобрели в России
