СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРА Ni-Co-P ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ

Рашидова К.Х., Минавваров А.А., Каттаев Н.Т., Акбаров Х.И. Национальный университет Узбекистана E-mail: komila.rashidova@mail.ru

Аннотация. Одностадийным гидротермальным методом синтезирован электрокатализатор Ni-Co-P. Современными физико-химическими методами анализа исследованы структурно-морфологические особенности полученного Ni-Co-P. Изучением оптическим методом электронной структуры показана перспектива применения Ni-Co-P в качестве электрокатализатора для расщепления воды. Ключевые слова: смешанные фосфиды металлов, электрокатализатор, расщепление воды, генерация водорода Введение. В последнее время возобновляемое водородное топливо привлекает все возрастающее внимание в контексте обострения проблем, связанных с нехваткой энергоресурсов и регулированием выбросов CO2 во всем мире. Однако, многообещающий безуглеродный метод производства Н2 электролизом воды, по-прежнему, остается дорогим методом и требует недорогих эффективных катализаторов для облегчения реакций выделения водорода/кислорода (HER/OER) при расщеплении воды. Хотя оксиды переходных металлов (ОПМ) проявляют впечатляющую активность в реакциях OER в качестве недорогих, нетоксичных катализаторов, не содержащих благородных металлов, их низкая активность в реакциях HER и низкая проводимость ограничивают универсальное применение в практических технологиях генерации водорода. При этом важную роль сыграет наличие электрокатализатора с соответствующей электронной структурой, адаптированной с применением различных методов, таких как допирование гетероатомами, контроль граней и образование анионных вакансий в катализаторах на основе соединений переходных металлов [1]. Выявлено, что легирование фосфором также изменяет электронные состояния катализаторов, особенно обеспечивая правильную модификацию HER. Например, некоторые фосфиды переходных металлов (Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W) известны как эффективные электрокатализаторы для расщепления воды. В этой связи, в данной работе синтезирован полифункциональный электрокатализатор на основе фосфида никеля металлов смешанного состава (Ni-Co-P) [2]. Экспериментальная часть. Ni-Co-P был синтезирован одностадийным гидротермальным методом. Для этого расчетное количества солей никеля (II) и кобальта (II) смешивали с деионизированной водой и перемешивали. Затем добавили нужное количество красного фосфора и оставляли при перемешивании в течение 1 часа. Затем всю реакционную смесь перенесли в автоклав из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием и поместили в муфельную печь для проведения процесса при 200оС в течение 24 часов. После остывания весь осадок собирали, несколько раз промывали деионизированным водой, а также этанолом, затем высушивали в сушильном шкафу при температуре 70°С и сохраняли для дальнейшего использования. Обсуждение результатов. Синтезированный электрокатализатор был исследован методами Фурье-ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энерго-дисперсионной спектроскопии (ЭДС) и спектроскопии диффузного отражения (СДО). Рис.1. СЭМ-микрофотографии электрокатализатора Ni-Co-P при 4000 (а) и 10000 (б) кратных увеличениях образца. Как видно из представленных на рис.1 микроснимках, при 4000-кратном увеличении образца структурная морфология синтезированного электрокатализатора смешанного состава представляет собой кристаллическую структуру цветоподобной формы. Однако при увеличении образца в 10000 обнаруживается наличие чешуйчатой кристаллической структуры, представляющей собой игольчатые/волокнистые агрегаты, сложенные из зерен, вытянутых практически в одном направлении. На рис.2 представлен энерго-дисперсионный спектр синтезированного электрокатализатора Ni-Co-P. Рис.2. Энерго-дисперсионный спектр электрокатализатора Ni-Co-P. На энерго-дисперсионном спектре синтезированного электрокатализатора (рис.2) обнаруживаются сигналы, относящиеся атомам Ni, Co, P, О, а также С в следовых количествах. На рис.3 представлены карты распределения атомов, входящих в состав синтезированного электрокатализатора Ni-Co-P. Как можно видеть из представленных на рис.3 картах распределения, атомы основных элементов, входящих в состав Ni-Co-P, распределены равномерно, повторяя морфологию поверхности образца. Характер распределения атомов элементов, входящих в состав образца, свидетельствует о равномерном протекании процесса синтеза по всему объему образца. Рис.3. Карты распределения атомов основных элементов, входящих в состав электрокатализатора Ni-Co-P. Результаты исследования электронной структуры Ni-Co-P оптическим методом в интервале длины волн 380-730 нм (рис.4) показали, что по значению ширины запрещенной зоны (indirect/direct=1,64-2,65 эВ) образец имеет перспективу применения в качестве электрокатализаторадля для получения водорода путем расщепления воды. Список использованной литературы [1] A. Grimaud, K.J. May, C.E. Carlton, Y.-L. Lee, M. Risch, W.T. Hong, J. Zhou, Y. Shao-Horn, Double perovskites as a family of highly active catalysts for oxygen evolution in alkaline solution, Nat. Commun. 4 (2013) 1–7. [2] Hyogyun Roh et. al. Various metal (Fe, Mo, V, Co)-doped Ni2P nanowire arrays as overall water splitting electrocatalysts and their applications in unassisted solar hydrogen production with STH 14 %. Applied Catalysis B: Environmental 297 (2021) 120434.