Что представляет собой новый катализатор
Как сообщает в среду, 9 сентября 2026 года, пресс-служба Южного федерального университета (ЮФУ), новый катализатор стал результатом сотрудничества с коллегами из Сколтеха, Института катализа Сибирского отделения РАН и МГТУ имени Н. Э. Баумана.
Катализаторы для топливных элементов делают из платины и ее сплавов. Для снижения стоимости ее смешивают с более доступными металлами, однако при синтезе часть компонентов может сохраняться в окисленном состоянии, а атомы – распределяться неравномерно. Поэтому материалы дополнительно подвергают термической обработке.
Новый катализатор помимо платины содержит палладий, медь, никель и кобальт. Химики ЮФУ предложили метод синтеза пятикомпонентных металлических наночастиц малого размера с равномерным распределением по поверхности углеродного носителя.
В чем особенность нового катализатора
Сочетание экспериментальных методов и компьютерного моделирования помогло ученым понять, как атомы металлов перераспределяются внутри наночастиц при нагреве. При термообработке при разных температурах наблюдались различные эффекты, меняющие микроструктуру и электрохимические свойства катализатора.
Исследователи впервые в реальном времени проследили поведение наночастиц такого сплава при нагреве от +300 до +600℃. Было установлено, что при температуре выше +400℃ структура перестраивается, а поверхность обогащается платиной. Она обеспечивает скорость реакции, поэтому такое обогащение делает катализатор более эффективным.
По результатам компьютерного моделирования, выполненного в Сколтехе, ученые также выяснили, что при нагреве до 600℃ около 75% атомов платины переходят в верхний слой наночастиц, тогда как палладий смещается вглубь. В результате эффективность работы катализатора повышается.
В чем важность новой разработки, и где она может пригодиться
Катализатор, обработанный при +350℃, за 10 тыс. циклов потерял 22% активности. Для существующего коммерческого платинового катализатора потери составили 40%. После длительных испытаний новый материал оказался в четыре раза активнее коммерческого аналога.
Ведущий научный сотрудник химического факультета ЮФУ Сергей Беленов пояснил, что стабильность катализаторов – ключевой фактор при создании высокоэффективных низкотемпературных топливных элементов.
"Было показано, что получение таких сложных систем представляет не только фундаментальный научный интерес, но и демонстрирует перспективы коммерческого применения за счет высокой стабильности, например, для массового использования в автомобилях и станциях генерации энергии", – отметил он.
Соавтор работы, старший научный сотрудник Центра технологий материалов Сколтеха и Илья Чепкасов отмечает: разработка показала, что процессом перераспределения атомов разных металлов внутри наночастиц при нагреве можно управлять и
получать материалы с заранее заданными свойствами. Это важный шаг к созданию более доступных и долговечных топливных элементов. Их можно использовать в автомобилях, стационарных электростанциях и портативных зарядных устройствах.
Как работают катализаторы водородных топливных элементов
Водородные автомобили, электростанции и портативные зарядки работают на топливных элементах. Это своеобразные компактные реакторы, вырабатывающие электричество путем химической реакции. Она происходит внутри их ячеек.
Топливные элементы преобразуют химическую энергию реакции соединения водорода и кислорода в ток. Процесс происходит без горения, единственный побочный продукт чистой реакции – вода или водяной пар.
Главный компонент топливных элементов – катализатор, который ускоряет реакцию превращения водорода и кислорода в электричество и воду. Благодаря катализатору элемент выдает нужную плотность тока и мощности без сильного нагрева и потерь энергии.
