Исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) и их коллеги собрали катализатор из небольших групп атомов рутения на карбиде вольфрама. В лабораторной ячейке для получения водорода он дал почти такую же плотность тока, как коммерческий катализатор с платиной, при вчетверо меньшей загрузке благородного металла. Статью опубликовали 22 сентября 2026 года в журнале Nature Communications, а KAIST сообщил о результатах 28 октября.

Почему соседние атомы рутения работают иначе

В катализаторе атомы рутения собраны в небольшие группы, обычно из нескольких атомов, и закреплены на карбиде вольфрама. Такая конструкция занимает промежуточное положение между крупными частицами металла и одиночными атомами: отдельные атомы не теряются внутри большой частицы, но остаются достаточно близко, чтобы вместе участвовать в реакции.

При расщеплении воды электричеством на катоде образуется водород. Чтобы реакция шла, поверхность катализатора должна удерживать промежуточные частицы с подходящей силой. Соседство атомов рутения меняет условия такого связывания, а опора из карбида вольфрама помогает протонам проходить через слой воды у поверхности.

Представим три металлические площадки рядом. Одна сама по себе удерживает реагент не лучшим образом, а соседние меняют то, насколько прочно он держится на поверхности. Это лишь аналогия устройства катализатора, а не отдельный эксперимент исследователей.

В ячейке с анионообменной мембраной при 2,0 В и 80 °C катализатор с рутением показал плотность тока 9,82 А/см² при загрузке 0,10 мг рутения на см². У коммерческого катализатора Pt/C этот показатель составил 9,77 А/см² при загрузке 0,40 мг платины на см². Плотность тока показывает, какой ток проходит через единицу площади электрода; в этом испытании значения были близкими, хотя количество благородного металла различалось.

В отдельном испытании ячейка работала 500 часов при 60 °C и плотности тока 1 А/см². Рост напряжения у катализатора на основе рутения был примерно вдвое меньше, чем у Pt/C с вчетверо большей загрузкой платины. Это лабораторная проверка на протяжении 500 часов, а не подтверждение многолетней службы промышленного электролизёра.

Исследователи также обнаружили осаждение железа и никеля на катодах. Это общий фактор ухудшения работы ячейки, и для его уменьшения нужны изменения не только катодного катализатора, но и конструкции анода и мембраны. Поэтому результаты пока говорят о потенциале материала, а не о готовой коммерческой замене платине.

Подробнее о подготовке и публикации исследований можно узнать в разделе услуг по подготовке научных статей.

Концептуальная схема устройства катализатора и его проверки в лабораторной электролизёрной ячейке

Фото: Ludovic Delot / Pexels