Нова фототермична технология увеличава ефективността на производството на водород 6 пъти

Изследователи от Корейския институт за наука и технологии са разработили метод, който позволява синтезиране на катализатори с рекордна скорост. В основата на технологията е свръхкратък светлинен импулс с продължителност 0,02 секунди, който мигновено нагрява изходния материал до 3000 °C. Този процес изисква хиляда пъти по-малко енергия от традиционните методи и увеличава ефективността на производството на водород шест пъти.

Бързият и енергийно ефективен синтез на катализатори е ключова задача за водородната енергетика. Традиционните методи изискват продължително нагряване и голям разход на енергия, което ограничава мащаба на производството и повишава неговата стойност. Новият подход, наречен процес на директен контактен фототермичен отгряване (DCA), позволява да се достигнат свръхвисоки температури за милисекунди, като при това енергопотреблението се намалява повече от хиляда пъти.

С помощта на този метод химически инертните прекурсори на наноалмази (ND) се превръщат във високопроводими и каталитично активни въглеродни нанолуковици (CNO). CNO, състоящи се от концентрични графитни обвивки, се отличават с висока проводимост, голяма повърхност и химична стабилност, което ги прави идеални носители на катализаторите. По-рано тяхното производство беше сложно и енергоемко — изискваше дълго нагряване и многоетапна обработка.

За да опростят процеса, изследователите използваха фототермичен ефект: те смесиха прекурсорите на наноалмазите със светлоабсорбираща сажда и облъчиха сместа с мощен импулс от ксенонова лампа. Под въздействието на светкавицата температурата за части от секундата достига 3000 °C и наноалмазите се превръщат в въглеродни нанолуковици само за 0,02 секунди.

Едновременно с това повърхността на нанолуковиците се функционализира – т.е. върху нея се фиксират отделни атоми, които придават на материала нови каталитични свойства и ускоряват химичните реакции. Бързото охлаждане предотвратява слепването им. Екипът синтезира осем различни катализатора, добавяйки платина, кобалт и никел. Полученият материал Pt-CNO повиши ефективността на отделянето на водород шест пъти в сравнение с традиционните катализатори, като при това разходът на благородни метали значително намаля.

Технологията позволява бързо синтезиране и функционализиране на катализатори с минимални енергийни разходи. Това може да ускори внедряването на водородната енергетика, екологичния катализатор и други технологии за чиста енергия.