Цифровое открытие открывает прочный катализатор для расщепления кислой воды

Исследовательская группа разработала новый метод, позволяющий ускорить открытие доступных и стабильных материалов, способствующих производству чистого водорода. Их подход может помочь сделать водород — многообещающий экологически чистый источник энергии — более доступным за счет снижения зависимости от дорогостоящих благородных металлов. Водород можно получить путем расщепления воды — процесса, в котором используется электричество для расщепления молекул воды на водород и кислород. Этот процесс включает две ключевые реакции: реакцию выделения кислорода (OER) и реакцию выделения водорода (HER). Хотя некоторые оксиды металлов — соединения металлов и кислорода — показали потенциал в качестве недорогих катализаторов, они часто разлагаются в кислой среде, обычно используемой для разделения промышленной воды. Чтобы решить эту проблему, команда разработала систему «замкнутого цикла». исследовательская структура, объединяющая несколько этапов разработки катализатора. Это включает в себя выявление перспективных кандидатов с помощью анализа данных, тестирование их поведения в реальных условиях эксплуатации и подтверждение их эффективности с помощью лабораторных экспериментов. Все этапы связаны через цифровую систему, которая позволяет постоянно учиться и совершенствоваться. «В основе нашей работы лежит платформа, управляемая данными, под названием DigCat», — сказал он. — объясняет Хао Ли, профессор Передового института исследования материалов Университета Тохоку (WPI-AIMR). «Это помогает нам эффективно исследовать широкий спектр материалов, предсказывая, как их поверхности ведут себя во время расщепления воды, что часто является ключом к их эффективности». Используя этот подход, исследователи идентифицировали соединение под названием RbSbWO₆ как особенно многообещающий катализатор. Он показал высокие характеристики как для OER, так и для HER в кислых условиях, что редко встречается среди недорогих немодифицированных оксидов металлов. Примечательно, что материал оставался структурно стабильным даже после длительного использования, что является ключевым требованием для практического применения. Исследователи подчеркивают, что весь процесс — от компьютерного скрининга до лабораторной проверки — демонстрирует силу сочетания цифровых инструментов с экспериментальной работой. «Мы не просто ищем лучшие материалы», — говорит он. говорит Ли. «Мы также создаем более разумный способ их поиска». Помимо расщепления воды, метод команды также может быть адаптирован к другим важным химическим реакциям, таким как преобразование углекислого газа в полезное топливо или производство аммиака из азота. Эти реакции имеют решающее значение для устойчивой энергетики и экологических технологий. Следующий этап исследования предполагает расширение базы данных о поверхностных состояниях и применение метода к другим материальным системам. «Узнав больше о том, как поверхности ведут себя во время реакций, мы сможем раскрыть скрытый потенциал материалов, на который раньше не обращали внимания», говорит Ли. Команда надеется, что эта стратегия ускорит прогресс в направлении доступных и эффективных решений глобального энергетического перехода.