Как получить водород из морской воды
Проблема решена объединением графена с кислородом в суспензии с водой для создания восстановленного оксида графена (ВОГ) — пористого, трехмерного, электропроводящего каркаса.
При обычном электролизе морской воды для получая водорода, ионы хлорида проникают в электрод и взаимодействуют с катализатором, создавая ионы гипохлорита – нежелательного побочного продукта, который отравляет катализатор.
В поисках способа создать простое в обращении устройство, исследователи из Университете Макгилла объединили графен с кислородом в суспензии с водой для создания восстановленного оксида графена (ВОГ), пористого, трехмерного, электропроводящего каркаса. Кроме того, была создана еще одна модификацию с хлопьями ВОГ, уложенными на стенки пор, что позволило использовать еще одно интересное свойство ВОГ — он создает мембрану, которая пропускает воду, но не пропускает другие молекулы.
Ученые исследовали различные способы предотвращения проникновения хлоридов, но никто не задумывался о том, что с помощью восстановленного оксида графена сам электрод, вся его архитектура могут предотвратить окисление хлоридов, приводящее к образованию гипохлоритов.
Для подавления паразитного влияния хлора и любого другого иона был разработали автономный, электропроводящий, трехмерный макропористый матрикс из восстановленного оксида графена (ВОГ) с частицами оксида кобальта, нанесенными на внутренние стенки его закрытых пор. При этом стенки пор действуют как мембраны, состоящие из уложенных друг на друга чешуек ВОГ, а наноканалы между слоями размером <1 нм проницаемы для воды и газов, предотвращая диффузию растворенных ионов, таких как хлор. Благодаря этому каталитические частицы избирательно доступны для молекул воды, но не для ионов, что позволяет проводить электролиз без выделения хлора. (ACS Nano (2022 г.). DOI: 10.1021/acsnano.2c03877)
Электрохимические испытания, проведенные в лаборатории, подтвердили, что устройство работает, как и ожидалось, блокируя нежелательные ионы.
Следующей задачей исследователей будет масштабирование производства мембраны ВОГ.
Этот процесс можно использовать и в других реакциях, в которых необходимо исключить вмешательства определенных молекул.
+++