Наноструктурированный силицид никеля перспективен для получения зеленого водорода

Заполните форму ниже, и мы вышлем вам по электронной почте PDF-версию статьи «Наноструктурированный силицид никеля перспективен для зеленого водорода».

Заполните форму ниже, чтобы разблокировать доступ ко ВСЕМ аудиостатьям.

Электрическую энергию ветра или солнца можно хранить в виде химической энергии в водороде, превосходном топливе и энергоносителе. Однако необходимым условием для этого является эффективный электролиз воды с использованием недорогих катализаторов. Для реакции выделения кислорода на аноде наноструктурированный силицид никеля теперь обещает значительное повышение эффективности. Это было продемонстрировано группой из HZB, Технического университета Берлина и Свободного университета Берлина в рамках исследовательской платформы CatLab с измерениями, среди прочего, на BESSY II.

Электролиз, возможно, знаком из уроков химии в школе: два электрода погружают в воду и помещают под напряжение. Под этим напряжением молекулы воды распадаются на составные части, и на электродах поднимаются пузырьки газа: на аноде образуется газообразный кислород, а на катоде образуются пузырьки водорода. Электролиз может производить водород CO2-нейтральным способом — при условии, что необходимое электричество генерируется за счет ископаемых свободных источников энергии, таких как солнце или ветер.

Единственная проблема заключается в том, что эти реакции не очень эффективны и чрезвычайно медленны. Для ускорения реакций используются катализаторы на основе драгоценных и редких металлов, таких как платина, рутений или иридий. Однако для крупномасштабного использования такие катализаторы должны состоять из широко доступных и очень дешевых элементов.

Для ускорения реакции выделения кислорода на аноде хорошими кандидатами считаются материалы на основе никеля. Никель устойчив к коррозии, малотоксичен и при этом недорог. Однако до сих пор для получения каталитических материалов на основе никеля в основном использовались энергоемкие высокотемпературные процессы.

Команда под руководством доктора Прашанта Менезеса (HZB/TU Berlin) нашла «мягкий химический» способ производства эффективного катализатора на основе никель-кремниевых интерметаллических нанокристаллов.

«Мы объединили элемент никель с кремнием, вторым по распространенности элементом в земной коре, и добились наноструктурирования посредством химической реакции. Полученный материал обладает превосходными каталитическими свойствами», — говорит Менезес. Кристаллический Ni2Si служил предкатализатором реакции выделения щелочного кислорода на аноде и претерпевает поверхностную трансформацию с образованием гидроксида никеля (окси) в качестве активного катализатора в рабочих условиях. Примечательно, что электролиз воды в дальнейшем сочетался с реакцией органического окисления с добавленной стоимостью, в которой электросинтез промышленно ценных нитрильных соединений производился из первичных аминов с селективной и полной конверсией в мягких условиях. Такие методы электросинтеза могут увеличить выработку водорода на катоде и одновременно обеспечить доступ к ценным промышленным продуктам на аноде.

По сравнению с современными катализаторами на основе никеля, кобальта, железа, рутения и иридия нанопористый Ni2Si значительно более активен и остается стабильным в течение более длительного времени реакции в условиях промышленного уровня. Чтобы понять поведение Ni2Si более детально, команда объединила различные методы измерений, включая элементный анализ, электронную микроскопию и современные спектроскопические измерения в BESSY II. «В будущем даже промышленные электролизеры щелочной воды могут быть оснащены покрытием из этого нанопористого силицида никеля», — говорит Менезес.

Ссылка: Мондал И., Хаусманн Дж.Н., Виджайкумар Г. и др. Наноструктурированный интерметаллический силицид никеля (пре)катализатор реакции анодного выделения кислорода и селективного дегидрирования первичных аминов. Адв Энергетический Мат. 2022;12(25):2200269. doi:10.1002/aenm.202200269

Статья переиздана по следующим материалам. Примечание: материал мог быть отредактирован по объему и содержанию. Для получения дополнительной информации обращайтесь к указанному источнику.