Фосфид кобальта самозащищается при производстве водорода
Учёные исследовали механизм работы фосфида кобальта (CoP) как катализатора для получения водорода из воды и выяснили, что материал меняет поверхность в процессе работы, защищая себя от разрушения.
Фосфид кобальта считается перспективной альтернативой платине для производства водорода из воды. Ранее учёные не могли объяснить, почему он так хорошо работает: компьютерные модели предсказывали его нестабильность в условиях электролиза, однако эксперименты показывали устойчивость в кислой, нейтральной и щелочной средах.
В ходе исследования выяснилось, что поверхность CoP меняется под действием электрического напряжения в процессе электролиза воды. При низких напряжениях на участках фосфора формируются гидроксильные группы (P-OH) — они помогают атомам кобальта эффективнее активировать воду и связывать водород. При повышении напряжения поверхность покрывается водородсодержащими соединениями (Co-H и P-H), что позволяет катализатору сохранять эффективность в широком диапазоне pH.
Для изучения процесса исследователи объединили анализ предыдущих работ с помощью ИИ, компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты. Они проанализировали 2282 наблюдения за примерно 886 катализаторами на основе фосфида кобальта, описанными примерно в 700 научных публикациях. Затем с помощью компьютерных моделей предсказали, как будет меняться поверхность катализатора в процессе работы, и проверили прогнозы на специально подготовленных нанолистах CoP.
Эксперименты подтвердили предсказания: с помощью передовых спектроскопических методов учёные выявили химические соединения на поверхности катализатора. Дополнительные тесты с дейтерием подтвердили образование связей водорода с фосфором. Катализатор продемонстрировал стабильность в течение 24 часов даже при высоких плотностях тока (более 1 А/см²). Результаты могут помочь в создании более доступных и универсальных катализаторов для производства «зелёного» водорода.
Ранее по теме: Новый катализатор экономит драгоценный металл при производстве водорода
Источник: EurekAlert!
