Ржавчина как катализатор: разработан дешёвый способ хранения водорода

Катализатор из «зелёной ржавчины», модифицированный кластерами оксида меди, обеспечивает эффективное производство водорода из боргидрида натрия под действием света и тепла, предлагая масштабируемую и дешёвую альтернативу катализаторам из драгоценных металлов. Автор: Доктор Юсуке Иде из Исследовательского центра наноархитектоники материалов

По мере того как мир движется к водородной экономике, остаётся одна серьёзная проблема: эффективное хранение и высвобождение водорода. Боргидрид натрия (SBH) — это перспективный материал для хранения водорода, который может генерировать водород при простом контакте с водой. Однако эта реакция обычно требует дорогих катализаторов из драгоценных металлов, таких как платина, что ограничивает её широкомасштабное использование.

В недавнем прорывном исследовании учёные из группы Layered Nanochemistry Group в MANA под руководством доктора Юсуке Иде, вместе с господином Эзз-Эльрегалом М. Эзз-Эльрегалом и доктором Мицутэком Ошикири, разработали экономичный высокопроизводительный катализатор, используя «зелёную ржавчину» — минерал, смешанный валентный гидроксид железа, который ранее считался слишком нестабильным для практического применения. Исследование опубликовано в журнале ACS Catalysis.

Ключевая идея заключается в модификации частиц зелёной ржавчины раствором хлорида меди. Этот процесс формирует наноразмерные кластеры оксида меди на краях частиц, создавая высокоактивные центры для производства водорода. Структура зелёной ржавчины также поглощает солнечный свет, передавая энергию через медные кластеры для дальнейшего повышения эффективности реакции.

Испытания показали, что новый катализатор демонстрирует высокую частоту оборотов для производства водорода, сравнимую или даже превосходящую традиционные материалы на основе драгоценных металлов. Он также показал отличную долговечность, сохраняя каталитическую активность при многократном использовании.

Особенно перспективным этот прорыв делает его масштабируемость и практичность. Катализатор работает при комнатной температуре, его относительно легко производить, и он может хорошо интегрироваться с существующими системами на основе SBH. Учитывая, что уже разрабатывается недорогое производство SBH и пилотные проекты по использованию этой технологии на водородных судах, это достижение может ускорить глобальный переход к чистой водородной энергии.

«Мы ожидаем, что наш катализатор будет использоваться в топливных элементах для многих бортовых применений, таких как автомобили и корабли, — говорит доктор Иде. — Это, надеемся, приведёт к различным формам безуглеродной мобильности».

Больше информации: Ezz-Elregal M. Ezz-Elregal et al, A Catalyst for Sodium Borohydride Dehydrogenation Based on a Mixed-Valent Iron Hydroxide Platform, ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c01894