Существует несколько способов производства водородного топлива без выброса углерода в атмосферу Земли. Один из них предполагает использование электричества для расщепления воды на водород и кислород.
Этот метод, известный как электролиз, требует катализатора, который ускоряет химические реакции , происходящие в водородных топливных элементах.
Чаще всего этим электрокатализатором является платина, металл настолько редкий, что обычно дороже золота, что делает производственный процесс более дорогостоящим, чем традиционные источники возобновляемой энергии и ископаемого топлива.
В последнее время ученые изучают более дешевую альтернативу, называемую дисульфидом молибдена, которая представляет собой двухмерное соединение, используемое в смазочных материалах для двигателей мотоциклов и других продуктах. Хотя он и многообещающий, он не так эффективен, как платина.
Исследование под руководством Университета Буффало, опубликованное в апреле в журнале npj 2D Materials and Applications , может изменить ситуацию.
Его результаты показывают, что дисульфид молибдена, обогащенный двумя дополнительными материалами (класс неорганических соединений, известных как MXenes, и углеродные нанотрубки), может вытеснить платину в качестве электрокатализатора, что позволит более широко использовать водород в электромобилях на топливных элементах. , производство электроэнергии и другие приложения.
«Это захватывающая разработка», — говорит ведущий автор исследования Фей Яо, доктор философии, доцент кафедры дизайна материалов и инноваций, которая является совместным усилием Школы инженерии и прикладных наук UB и его Колледжа искусств. и наук. «У водорода есть большой потенциал в качестве источника чистого топлива. Но для этого мы должны снизить себестоимость его производства. Это шаг к этой цели».
В исследовании исследователи описывают одностадийную химическую реакцию, известную как сольвотермальный синтез, которую они использовали для добавления карбида титана (MXene) и углеродных нанотрубок к дисульфиду молибдена.
Полученная тройная структура показала, согласно исследованию, синергетический эффект воздействия активного центра, увеличения площади поверхности и электропроводности — всех ключевых факторов, улучшающих характеристики катализатора.
«Карбид титана превосходен в качестве проводящей основы, а углеродные нанотрубки образуют поперечную связь между двумерным дисульфидом молибдена. Комбинация всех трех элементов создает элегантную структуру, которая явно улучшает характеристики дисульфида молибдена как электрокатализатора», — говорит один из руководителей исследования. автор Хуамин Ли, доктор философии, доцент кафедры электротехники UB.
Кроме того, интеграция карбида титана с дисульфидом молибдена помогает предотвратить окисление карбида титана и снижает вероятность повторной укладки 2D-слоев — характеристики, которые способствуют каталитической стабильности.
В результате тройная структура продемонстрировала значительное улучшение каталитических характеристик по сравнению с другими электрокатализаторами на основе дисульфида молибдена.
