Исследователи из Института Фрица Хабера Общества Макса Планка представили новые данные об активности катализаторов, используемых для производства зелёного водорода.
Их исследование, [опубликованное](https://www.nature.com/articles/s41557-025-01932-7) в Nature Chemistry, исследует, как кинетика катализатора связана со сложным взаимодействием между межфазным растворителем и химическими изменениями на поверхности катализатора, что потенциально открывает путь к более эффективным технологиям преобразования энергии.
Институт Фрица Хабера добился значительных успехов в понимании того, как катализаторы функционируют в водной среде. Это исследование имеет решающее значение для развития таких технологий, как производство зелёного водорода, которое опирается на эффективные катализаторы для расщепления молекул воды.
В ходе исследования под руководством доктора Мартинес-Хинкапие и доктора Онеер в отделе ФХИ профессора Ролдана Куэнья использовалась зависящая от температуры электрохимия и спектроскопия в рабочем состоянии для изучения реакции выделения кислорода (ОER). Эта реакция является узким местом при электролизе воды, где медленная кинетика ОER может препятствовать производству водорода. Исследователи обнаружили ключевую точку перехода в кинетике, зависящей от смещения, где активность катализатора переходит от ограничения накоплением избыточного заряда к высокой активности.
Критическим выводом исследования является роль межфазной сольватации — процесса, при котором ионы теряют или приобретают молекулы растворителя. Этот начальный этап оказывается решающим для внутренней активности катализатора.
Доктор Онеер объясняет: «Мы должны действительно думать о межфазном взаимодействии катализатора и электролита в целом, а не по отдельности. Мы не можем понять стабилизацию избыточного заряда на твёрдой стороне без учёта реакции растворителя, и мы не можем понять межфазную ионную сольватацию, не учитывая внимательно того, что происходит на твёрдой стороне».
Исследование показывает, что кинетика катализатора определяется сложным взаимодействием между химической и структурной адаптацией поверхности оксида и реакцией межфазных молекул воды. Используя спектроскопию в рабочем состоянии, команда наблюдала структурные и химические адаптации оксидных катализаторов прямо в важном переходном потенциале кинетики.
Важно отметить, что этот переходный потенциал не зависит от загрузки катализатора (количества используемого материала) или его площади поверхности. Это указывает на то, что активность катализатора внутренне связана с его способностью накапливать избыточный заряд для взаимодействия с сольватированными ионами из жидкого электролита.
Профессор доктор Беатрис Ролдан Куэнья подчёркивает важность сочетания различных методов операциональной спектромикроскопии, которые информируют о поверхности катализатора, растворителе и фундаментальной кинетике. Это необходимо для более глубокого понимания поведения катализатора.
Исследование не только углубляет наше понимание активности катализатора, но и обещает улучшение технологий преобразования энергии. Команда намерена продолжить изучение этих результатов, что может оказать значительное влияние на области энергетики и технологий химического преобразования.
Предоставлено [Обществом Макса Планка](https://phys.org/partners/max-planck-society/)