Исследование на стыке экологии и материаловедения провели в ЮУрГУ. Ученые получили гексаферрит, который демонстрирует высокую эффективность в качестве электрокатализатора выделения кислорода. Результаты исследования опубликованы в журнале «Materials Chemistry and Physics» (Q2).
Любое транспортное средство, будь то автомобиль, ракета или самолет, во время движения оставляет углеродный след. Это совокупность всех выбросов газов, негативно влияющих на экологию и климат. Поэтому ученые с каждым годом активнее рассматривают в качестве экологически чистого топлива воду. Водород и кислород, получаемые в результате разложения, можно использовать в разных сферах.
Чтобы разложение воды на химические элементы прошло успешно, используются электрический ток. Именно под его действием в кислой среде выделяется водород, а в щелочной кислород. Эффективность процесса зависит от электрокатализаторов. Ученые Южно-Уральского государственного университета проверили, как проявляют себя в роли вещества, ускоряющего реакцию, гексаферриты бария.
Соединения оксида железа выбрали, потому что научное сообщество старается отойти от использования дорогих платиновых металлов. К ним относится, например, иридий – его диоксид является эталоном сравнения для катализаторов электролиза воды. В рамках исследования протестировали активность целой линейки гексаферритов бария, такая работа была проведена впервые.
На фото: образец гексаферрита бария – катализатор для электролиза воды
«Ставки делались в первую очередь на гексаферриты, допированные никелем. Однако они оказались выигрышными только с термодинамической точки зрения. Неожиданностью стала высокая кинетическая активность титансодержащего гексаферрита, связанная с высокой подвижностью носителей заряда внутри материала. Приложив чуть больше энергии к таким материалам, мы значительно выигрываем в количестве полученного кислорода», – рассказал доктор химических наук, старший научный сотрудник лаборатории кристаллохимического дизайна функциональных материалов НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ Павел Абрамов.
Ученые ЮУрГУ в рамках комплексного исследования синтезировали ряд ферритов, которые затем проходили испытание. Коллеги из Института неорганической химии Сибирского отделения РАН (ИНХ СО РАН) изучали электрохимические свойства и состав комплексов. Также в работе участвовали представители Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси (НПЦ НАН).
По результатам исследования, ученые сделали вывод, что титаносодержащие гексаферриты могут использоваться в составе топливных элементов для получения из воды кислорода.
Работа ведется в рамках проекта, поддержанного Российским фондом фундаментальных исследований. Руководит проектом Денис Винник, доктор химических наук, заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химия материалов», директор НИИ «Перспективные материалы и ресурсосберегающие технологии» ЮУрГУ. Следующим шагом станут исследования по скринингу электрохимической активности сложных замещённых ферритов, изучение их фотоактивности и фотостабильности.
Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).