Исследователи из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук под руководством профессора Лян Чанхао разработали революционный метод синтеза сплавов рутения размером менее 5 нанометров, что открывает новые перспективы в области водородной энергетики. Результаты исследования были опубликованы в престижном научном журнале Advanced Science.
Команда ученых успешно синтезировала интерметаллические сплавы рутения (RuM), включая RuCu, RuRh и RuPd, нанесенные на углеродные нанотрубки (CNT). Главной особенностью полученных материалов стал их сверхмалый размер – менее 5 нанометров, что ранее считалось труднодостижимым из-за термодинамической несмешиваемости компонентов.
Для преодоления барьера перехода от несмешиваемого к смешиваемому состоянию исследователи применили инновационный метод – наносекундное лазерное ультрабыстрое ограниченное сплавление (LUCA). Этот подход позволил решить фундаментальную проблему, которая долгое время ограничивала разработку универсальных методов приготовления таких наноматериалов.
Наиболее впечатляющие результаты продемонстрировал катализатор Ru95Cu5/CNTs, содержащий 95% рутения и 5% меди. При испытаниях в реакции выделения водорода в щелочной среде (HER) он показал исключительные характеристики: перенапряжение всего 17 мВ при плотности тока 10 мА/см², наклон Тафеля 28,4 мВ/дек⁻¹ и замечательную стабильность после 5000 циклов циклической вольтамперометрии.
Сравнительный анализ показал, что Ru95Cu5/CNTs превосходит другие катализаторы, синтезированные методом LUCA, включая Ru86Rh14/CNTs и Ru89Pd11/CNTs, а также наночастицы чистого рутения и меди. Более того, новый материал оказался эффективнее коммерческого эталонного катализатора 20% Pt/C на основе платины.
Разработанный катализатор также превзошел другие современные катализаторы на основе рутения. Например, частицы RuRh, синтезированные методом мокрой химии, демонстрируют перенапряжение 25 мВ и наклон Тафеля 47,5 мВ/дек⁻¹, а RuCu/CNTs, полученные с помощью импульсного джоулевого нагрева, имеют перенапряжение 39 мВ.
Особую практическую ценность представляет сплавление рутения с недрагоценным металлом – медью. Низкая стоимость меди делает такие катализаторы привлекательными для крупномасштабного применения в промышленности, что критически важно для коммерциализации технологий производства водорода.
Метод LUCA демонстрирует огромный потенциал для поиска и создания новых классов катализаторов для реакции выделения водорода. Это исследование не только решает фундаментальную научную проблему синтеза сверхмалых наночастиц сплавов, но и предлагает практический путь к более эффективным и доступным технологиям получения чистой энергии.
Изображение носит иллюстративный характер
Команда ученых успешно синтезировала интерметаллические сплавы рутения (RuM), включая RuCu, RuRh и RuPd, нанесенные на углеродные нанотрубки (CNT). Главной особенностью полученных материалов стал их сверхмалый размер – менее 5 нанометров, что ранее считалось труднодостижимым из-за термодинамической несмешиваемости компонентов.
Для преодоления барьера перехода от несмешиваемого к смешиваемому состоянию исследователи применили инновационный метод – наносекундное лазерное ультрабыстрое ограниченное сплавление (LUCA). Этот подход позволил решить фундаментальную проблему, которая долгое время ограничивала разработку универсальных методов приготовления таких наноматериалов.
Наиболее впечатляющие результаты продемонстрировал катализатор Ru95Cu5/CNTs, содержащий 95% рутения и 5% меди. При испытаниях в реакции выделения водорода в щелочной среде (HER) он показал исключительные характеристики: перенапряжение всего 17 мВ при плотности тока 10 мА/см², наклон Тафеля 28,4 мВ/дек⁻¹ и замечательную стабильность после 5000 циклов циклической вольтамперометрии.
Сравнительный анализ показал, что Ru95Cu5/CNTs превосходит другие катализаторы, синтезированные методом LUCA, включая Ru86Rh14/CNTs и Ru89Pd11/CNTs, а также наночастицы чистого рутения и меди. Более того, новый материал оказался эффективнее коммерческого эталонного катализатора 20% Pt/C на основе платины.
Разработанный катализатор также превзошел другие современные катализаторы на основе рутения. Например, частицы RuRh, синтезированные методом мокрой химии, демонстрируют перенапряжение 25 мВ и наклон Тафеля 47,5 мВ/дек⁻¹, а RuCu/CNTs, полученные с помощью импульсного джоулевого нагрева, имеют перенапряжение 39 мВ.
Особую практическую ценность представляет сплавление рутения с недрагоценным металлом – медью. Низкая стоимость меди делает такие катализаторы привлекательными для крупномасштабного применения в промышленности, что критически важно для коммерциализации технологий производства водорода.
Метод LUCA демонстрирует огромный потенциал для поиска и создания новых классов катализаторов для реакции выделения водорода. Это исследование не только решает фундаментальную научную проблему синтеза сверхмалых наночастиц сплавов, но и предлагает практический путь к более эффективным и доступным технологиям получения чистой энергии.
