Rozklad vody je velmi zajímavou alternativou výroby vodíku, základního kamene tzv. vodíkového hospodářství. V současnosti se nejvíce využívá katalytický rozklad s využitím velmi drahého iridia, nově publikovaná práce popisuje katalyzátor založený na levnějších kovech – niklu a rutheniu.[1,2]
Iridium a ruthenium
Oba kovy patří do skupiny platinových kovů (8-10 skupina PSP), jde tedy o drahé a velmi málo rozšířené prvky, zároveň jde ale o velmi dobré katalyzátory.
Jejich cena se ale velmi liší, v roce 2016 stála trojská unce (cca 31,1 g) iridia 590 dollarů, zatímco u ruthenia byla cena jen 42 dollarů.[3] Takže iridium nevychází pro vodíkové hospodářství moc ekonomicky, ruthenium je sice taky stále hodně drahý kov, jeho obsah v zemské kůře není nijak vysoký, ale z ekonomického pohledu se jedná o významný krok.
Nový katalyzátor
Příprava
Prekurzory, RuCl3 a NiCl2.6H2O v poměru 3:1, byly rozpuštěny v 1 M HCl a k roztoku byly přidány uhlíkové částice jako mechanická podpora, na ně se postupně nasorbovaly prekurzory. Suspenze byla 18 hodin míchána a poté odpařena na rotační vakuové odparce.
Pevný produkt byl nejprve kalcinován v redukční atmosféře (Ar/H2, 5 % H2) při teplotě 900 °C a poté na vzduchu, aby došlo k oxidaci uhlíku. Jako nejoptimálnější se v tomto kroku jeví teplota 450 °C po dobu 3 hodin.
Charakterizace
Připravený materiály byl charakterizován pomocí elektronové mikroskopie, práškové RTG difrakce a dalšími metodami.
Úloha niklu byla studována pomocí DFT simulací, RuO2 má strukturu rutilu a nikl v ní obsazuje část koordinačně nasycených poloh.
Velice důležité bylo sledování míry degradace katalyzátru při rozkladu vody. Bylo zjištěno, že je katalyzátor stabilní o 1000 hodinách provozu při proudové hustotě 200 mA.cm-2. To sice zatím neodpovídá požadavkům průmyslu (>1 A.cm-2 po více než 10 let při teplotě 80 °C), ale jde o nový systém a dá se očekávat další zlepšování parametrů.