Ученые Томского политехнического университета вместе с китайскими коллегами разработали новый метод получения катализатора на основе карбида молибдена. Этот катализатор — более доступная альтернатива традиционным на основе дорогостоящей платины. Подробная информация об исследовании опубликована в журнале Materials Chemistry and Physics (IF: 3,408; Q1).
Более доступным катализатор делает метод получения. Специалисты Томского политеха разработали установку для получения сверхтвердых материалов на основе карбидов — соединений углерода с металлами и неметаллами. Это тугоплавкие и сверхтвердые материалы, они используются для создания компонентов силовой электроники, изделий ядерной промышленности, керамических бронепластин и других изделий. Основное преимущество метода, разработанного учеными ТПУ, — он безвакуумный, установка позволяет получать карбиды, по сути, на открытом воздухе. Для этого не требуется специальных условий с инертной газовой средой, а значит, и дорогостоящего оборудования.
«Водород — экологически чистый источник энергии. И чем проще, дешевле и безопаснее его можно будет генерировать, тем быстрее водородные технологии войдут в энергетику. Один из вариантов получения водорода — выделение его из воды с помощью электрохимических методов. При этом для ускорения протекания реакции разложения воды на водород и кислород применяют различные катализаторы, обычно на основе платины и палладия. Мы предложили использовать вместо них карбид молибдена с добавлением азота», — рассказывает один из авторов статьи, аспирант Томского политеха Юлия Васильева.
Исходные материалы для получения катализатора — порошки углерода и молибдена. Это гораздо более доступные материалы, чем платина и палладий. По словам молодого ученого, азот в составе делает катализатор еще более активным. С помощью своей установки ученые получают карбид молибдена достаточно быстро — на производство 1 грамма катализатора нужно менее 1 минуты.
Сама установка состоит из простых элементов: силового источника питания, источника постоянного тока, электродов и системы управления.
«Суть метода в том, что на исходные элементы воздействует электродуговой разряд. Обычно этот процесс требует вакуума — иначе материалы просто сгорают на открытом воздухе. Мы входим в небольшой процент коллективов в мире, который проводит процесс в безвакуумной среде. Мы выяснили, что при определенных условиях сам разряд генерирует защитную газо-плазменную область, она буквально укрывает продукты синтеза от кислорода. Этот эффект мы и использовали в своей установке», — отмечает руководитель группы, научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» ТПУ Александр Пак.
Партнеры Томского политеха в этом исследовании — ученые из лаборатории экологической энергетики и энергосберегающих технологий Цзилиньского университета (Китай). Работа поддержана грантом президента Российской Федерации.