Больше водорода и кислорода одновременно! Ученые нашли новый мощный электрокатализатор для топливных элементов.

Водородно-кислородные топливные элементы — это база «зеленой» энергетики, зеленее не придумаешь. Одна из главных задач, чтобы такие устройства работали хорошо — подобрать правильный катализатор. Многие комплексы металлов хорошо справляются с этой задачей в растворах, но не всегда их можно «посадить» на твердый носитель без потери активности (то есть сделать гетерогенными) — тут есть над чем поработать.   

Большой коллектив ученых из Казани (ИОФХ РАН и КНИТУ-КХТИ), Москвы (ИНЭОС РАН) и Томска (ТПУ ) взял специальный комплекс палладия  ([(PNP)Pd(CH₃CN)]BF₄) и интегрировал его в мембранно-электродные сборки топливного элемента.

Самое главное — комплекс оказался бифункциональным: он катализирует как реакцию окисления водорода (HOR) на аноде, так и восстановление кислорода (ORR) на катоде. Но наиболее впечатляющие результаты достигнуты именно на аноде — максимальная удельная мощность составила 419 мВт·см⁻², что превышает показатели ранее известных молекулярных систем. Секрет высокой активности — в механизме: благодаря  особенностям пинцерного лиганда водород на палладии расщепляется гетеролитически (см. рисунок), то есть связь H–H разрывается не симметрично. Это снижает энергетический барьер и ускоряет реакцию.

Учитывая, что пинцерных лигандов, на самом деле, много (целое семейство), тут открывается огромное поле для фантазии — по сути, небольшое научное направление, позволяющее сделать топливные элементы куда эффективнее.

Статья вышла в International Journal of Hydrogen Energy (IF = 9.2)