Исследователи Университета Нагои в Японии испытали катализатор для топливных элементов: платиновые наночастицы в оболочке из графена с азотом закрепили на углеродных нанотрубках. После 30 000 ускоренных циклов в лабораторном топливном элементе активная поверхность платины уменьшилась на 3,1%, а напряжение упало на 22,8 мВ. Об этом 8 октября 2026 года сообщило издание Tech Xplore; статья опубликована в журнале ACS Catalysis.

Два материала, две задачи

В топливном элементе платина ускоряет реакцию кислорода с протонами и электронами, при которой вырабатываются электричество и вода. Наночастицы дают металлу большую поверхность для реакции, но со временем могут растворяться или соединяться в крупные скопления. Тогда активной поверхности становится меньше. Углеродная основа катализатора тоже может корродировать при перепадах напряжения.

По объяснению исследователей, азот в графеновой оболочке взаимодействует с платиной и меняет её взаимодействие с кислородсодержащими молекулами. Оболочка поэтому не просто изолирует металл от окружающей среды. Нанотрубки ограничивают перемещение частиц. На снимках после испытаний вместо крупных скоплений видны тонкие структуры из платины. Авторы предполагают, что это помогает сохранять активную поверхность.

Условно это можно сравнить с бусиной в сетчатой оболочке, закреплённой на каркасе: оболочка взаимодействует с бусиной, а каркас не даёт ей свободно перемещаться и соединяться с соседними. Но сравнение не передаёт химических реакций внутри катализатора, а графеновая оболочка не служит непроницаемым щитом.

В начальных лабораторных измерениях активная поверхность платины составила 96,3 м² на грамм катализатора. У коммерческого образца показатель был 60,6 м²/г. В отдельном испытании, имитировавшем коррозию углеродной основы, после 5 000 высоковольтных циклов при токе 1,5 А снижения напряжения не зафиксировали.

Циклы ускоряли старение материала, поэтому результаты не показывают, сколько прослужит топливный элемент в автомобиле или промышленной установке. В сообщении о работе не указаны продолжительность испытаний в часах, число повторов и подробные условия. По этим данным также нельзя заключить, готов ли катализатор к массовому производству или снизит ли он стоимость топливных элементов. Подробнее о том, как готовят научные статьи.

Схема показывает предполагаемые роли графеновой оболочки с азотом и углеродных нанотрубок в катализаторе топливного элемента.

Фото: WikiImages / Pixabay