Ученые создали электродный материал на основе MXene для производства водорода из морской воды

Схема разработки катализатора на основе MXene для электролиза морской воды и оценки долговечности в единичной ячейке. TiOx/C@NFO — название конечного композитного катализатора, полученного методом шарового измельчения MXene и феррита никеля. Автор: Корейский институт материаловедения (KIMS)

Корейские исследователи разработали композитный катализатор на основе нового материала MXene, который подавляет генерацию ионов хлорида — одну из ключевых проблем электролиза морской воды. Эта разработка может ускорить практическое применение технологии электролиза морской воды, позволяя стабильно производить водород даже из морской воды.

Исследование под руководством доктора Джучана Янга из Корейского института материаловедения (KIMS) опубликовано в журнале ACS Nano.

Водород привлекает внимание как экологически чистый источник энергии без выбросов углерода. Однако обычные технологии электролиза воды в основном используют чистую пресную воду, что приводит к высоким производственным затратам и проблемам с доступностью водных ресурсов. Электролиз морской воды, который непосредственно использует морскую воду, появился для решения этих недостатков. Однако ключевой проблемой остается то, что ионы хлорида (Cl⁻), присутствующие в морской воде, могут легко разъедать электроды, значительно сокращая срок службы систем производства водорода.

MXene — это двумерный наноматериал, состоящий из металлов и углерода или азота. Он обладает отличной электропроводностью и может комбинироваться с различными металлическими соединениями, что делает его хорошо подходящим для использования в качестве электродного материала. Однако у него есть существенное ограничение: высокая реакционная способность с кислородом и водой делает его склонным к окислению, что препятствует долгосрочной стабильности и применению.

Подавление реакции выделения хлора и улучшение долговечности электрода в электролизе морской воды с использованием разработанного катализатора. Автор: Корейский институт материаловедения (KIMS)

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа намеренно окислила MXene для формирования стабильной проводящей структуры и создала электродный композитный катализатор, комбинируя его с ферритом никеля (NiFe₂O₄) — катализатором эволюции кислорода, используя процесс высокоэнергетического шарового измельчения. Полученный композитный катализатор показал примерно в пять раз более высокую плотность тока и вдвое большую долговечность по сравнению с обычными катализаторами. Кроме того, он продемонстрировал отличное отталкивание ионов хлорида, эффективно предотвращая коррозию электродов.

Доктор Джучан Янг, главный исследователь KIMS, заявил: «Это исследование значительно тем, что решает проблему ионов хлорида в морской воде с использованием нового материала MXene. Мы активно проводим последующие демонстрационные исследования, чтобы further развить эту технологию в устойчивое решение для производства водорода».