Спінові кристали збільшують виробництво водню у 200 разів

Новітні дослідження виявили, що використання топологічних хіральних кристалів дозволяє збільшити ефективність розщеплення води для виробництва водню у 200 разів, відкриваючи нові можливості для енергетичного сектору.

Водень є одним із ключових елементів перетворення енергетики в низьковуглецеве майбутнє завдяки його універсальності, чистоті та здатності зберігати енергію. Однак технологія його виробництва, зокрема метод гідролізу води, стикається з проблемою повільної реакції виділення кисню (“oxygen evolution reaction” — OER), що знижує ефективність процесу. Інноваційні топологічні хіральні кристали, розроблені в Інституті Макса Планка, дозволяють подолати цей бар’єр завдяки їх унікальним квантовим властивостям.

Топологічні хіральні кристали мають “хіральну структуру”, що характеризується ліво- або правостороннім розташуванням атомів. Це дає їм здатність маніпулювати обертанням електронів (“спіном”), створюючи умови для швидшого переносу електронів під час розщеплення молекул води. Завдяки цьому кристали суттєво прискорюють реакцію виділення кисню, забезпечуючи ефективність, яка в 200 разів перевищує можливості традиційних каталізаторів.

Розроблені матеріали містять такі елементи, як родій, кремній, олово та вісмут, що забезпечують їхні виняткові електронні властивості. Ефективність цих каталізаторів пояснюється здатністю електронів швидко рухатися до активних зон виділення кисню, тим самим усуваючи одну з основних технічних проблем у виробництві водню. Однак дослідники зазначають, що використання рідкісних елементів наразі залишається викликом, але планують розробити більш доступні й стійкі матеріали в майбутньому.

Це відкриття має значний потенціал для розвитку відновлюваної енергетики, оскільки дозволяє суттєво знизити вартість виробництва водню та зробити його масовим джерелом енергії. Водень може використовуватися як для живлення транспорту, так і для забезпечення електроенергією будинків та промислових об’єктів, створюючи можливості для зменшення викидів парникових газів. Продовження досліджень у цій сфері сприятиме розробці нових технологій, які зроблять чисту енергію ще доступнішою та ефективнішою.

Публікація в журналі Nature Energy підтверджує перспективність цієї інновації, яка може змінити підходи до зберігання та використання енергії у глобальному масштабі. Це лише початок нової ери у використанні водню як основного джерела стійкої енергії для майбутніх поколінь.