Окисление воды играет важную роль в технологиях возобновляемой энергии, особенно в производстве водорода и искусственном фотосинтезе. Однако воспроизведение эффективности и стабильности природных фотосинтетических систем в искусственных каталитических установках — особенно в водной среде — остается серьезной проблемой, сообщает Science Daily. Катализаторы на основе редких и дорогих металлов, например, рутения, продемонстрировали высокую активность при окислении воды, но не подходят для крупномасштабного использования из-за высокой стоимости и ограниченной доступности.

Ради решения этой проблемы ученые из Научного института Токио разработали более устойчивый и дешевый катализатор из доступных металлов. Они синтезировали пятиядерный комплекс железа Fe5-PCz (ClO₄)₃ с каталитически активным участком рецептора на основе многоядерного комплекса и прекурсорными фрагментами для участков переноса заряда.

«При помощи электрохимической полимеризации этого многоядерного комплекса железа мы создаем материал на основе полимера, который усиливает электрокаталитическую активность и долгосрочную стабильность, — пояснила профессор Мио Кондо. — Этот подход сочетает преимущества природных систем с гибкостью искусственных катализаторов, прокладывая путь для устойчивых энергетических решений».

Результаты оказались весьма многообещающими. Полимерный материал достиг выхода тока на уровне 99% в водной среде. Другими словами, почти весь ток шел на реакцию выделения кислорода. Система также продемонстрировала превосходную надежность и скорость реакции по сравнению с соответствующими системами, а также улучшенный потенциал накопления энергии и улучшенную совместимость с электродами.

Высокая стабильность — ключевое преимущество для технологий производства водорода и накопления энергии — была отдельно подтверждена долгосрочными экспериментами.

Инженеры США создали полимерную конструкцию, которая устраняет давний компромисс материаловедения — необходимость выбирать между жесткостью и растяжимостью. Новая структура, напоминающая ершик для бутылок, обеспечивает полимерам способность растягиваться в 40 раз без потери прочности.