Электролиз воды дал водород и эпоксид вместо кислорода

Исследователи из Техниона (Израиль) показали лабораторную ячейку, в которой электролиз воды производит водород на катоде, а на аноде вместо кислорода идёт синтез эпоксида. Работа Гуилиня Руана и Авнера Ротшильда опубликована в Nature Communications 11 августа 2026 года (DOI: 10.1038/s41467-026-76617-x); пресс-релиз Техниона вышел 7 октября. На технологию подана заявка на патент США, исследование поддержал Европейский исследовательский совет.

Обычный электролиз разлагает воду на водород и кислород. Кислород — дешёвый побочный продукт, его часто просто выпускают в атмосферу, и именно из-за этого зелёный водород проигрывает по цене водороду из природного газа. Авторы заменили выделение кислорода окислением бромида: в растворе образуется бром, который превращает олефин в эпоксид и при этом снова возвращается в бромид. В опытах использовали стирол — жидкий олефин, из него получался оксид стирола.

Ячейка была без мембраны: платиновая фольга служила катодом, коммерческий анод RuO₂–TiO₂/Ti (DSA15K, De Nora) — анодом. Электролит — смесь воды и ацетонитрила 1:1 по объёму, с 0,3 M NaBr в водной фазе и 0,02 M стирола в органической, pH около 6,7, комнатная температура, перемешивание 350 об/мин. Ацетонитрил, по данным статьи, нужен не только для растворения стирола: он удерживает бром в форме, которая ведёт к эпоксиду, и защищает анод. Без него выход эпоксида падал до 2 ± 1%.

Заявленные показатели: анодная фарадеевская эффективность 98 ± 2% и выход эпоксида 89 ± 2% при плотности тока 50 мА/см². Катодная эффективность по водороду — 98 ± 2% при 100 и 300 мА/см² и 94 ± 1% при 500 мА/см². Напряжение ячейки с поправкой на сопротивление составило 1,89 ± 0,08 В при 10 мА/см², 2,34 ± 0,06 В при 100 мА/см² и 3,27 ± 0,20 В при 500 мА/см². В десятичасовом тесте при 100 мА/см² катодная эффективность держалась на уровне 99 ± 5% после поправки 2%, напряжение выросло с 2,43 до 2,54 В. Кислорода в газе нашли 0,4–0,8 объёмных процента, бром в газовой фазе не обнаружили.

Что означает эффективность 98%

Фарадеевская эффективность показывает, какая доля электрического заряда ушла на нужную реакцию, а не на побочные. При 98% на водород и на эпоксид идёт почти весь ток, и лишь около 2% теряется на конкурирующие процессы. Для промышленного электролизёра это важно, потому что потери заряда прямо превращаются в потери энергии и денег.

Но 98% — это не готовность к заводу. Демонстрация шла в лабораторной ячейке на стироле, а не на промышленном электролизёре. Напряжение ячейки выше, чем у современных мембранных и щелочных электролизёров, которые работают при 1,8–2,0 В и куда больших плотностях тока. Тест долговечности ограничен десятью часами, причём электролит обновляли каждый час из-за малого объёма и низкой растворимости стирола. Бромид и ацетонитрил летучи и опасны; анализ рисков и оценку влияния на среду авторы выносят за рамки работы. Расчётная экономика (около 18,5 доллара на килограмм водорода против 2,4 доллара у обычного электролиза) — это сценарий, а не измеренный результат.

Представим, что такая ячейка питается от солнечной панели в полдень. Ток идёт на катод, где из воды собирается водород, и на анод, где бромид превращается в бром; бром в растворе доокисляет олефин до эпоксида и возвращается в исходную форму. Водород уходит в газовую фазу, эпоксид остаётся в жидкости, и их можно разделить без мембраны между отсеками. Это лишь условная схема: в реальной ячейке ещё нужно удерживать летучие вещества, отводить тепло и подводить олефин, а для газообразных этилена и пропилена авторы сами называют оптимизацию подачи субстрата и гидродинамики реактора отдельной задачей.

Если разбирать такие работы по первоисточникам — с методикой, таблицами и оговорками авторов, — пригодится умение работать с научным текстом и оформлять разбор по стандарту; подготовка научной статьи строится по тем же требованиям к структуре и ссылкам.