Повышена селективность протонообменной мембраны на основе оксида графена

Коллектив ученых химического факультета и факультета наук о материалах МГУ совместно с УдмФИЦ УРО РАН и Европейским центром синхротронного излучения смог повысить селективность протонообменной мембраны на основе оксида графена с помощью электрохимического восстановления данного материала.

Этот инновационный подход позволит создать углеродные мембраны с улучшенными характеристиками по сравнению с полимерными образцами, что будет полезно для применения в топливных элементах и электролизерах.

Оксид графена представляет собой слоистый двумерный материал, состоящий из углерода и кислородных групп. Путем контроля соотношения атомов углерода и кислорода в оксиде графена с помощью физических, химических или электрохимических методов, ученые могут влиять на его структуру и транспортные свойства.

С использованием электрохимических методов, путем подбора потенциала, электролита и времени восстановления, удается наиболее точно управлять составом и структурой материала. Важно отметить, что электрохимический вариант восстановления оксида графена практически не используется в мембранных технологиях, хотя часто применяется в сенсорах и катализаторах. Однако для создания мембраны необходима тонкая настройка, чтобы получить заданный состав и избежать дефектов в микроструктуре. В данной работе ученым удалось успешно справиться с этой задачей с помощью электрохимии.

Протонообменная мембрана является ключевым компонентом топливных элементов, поскольку она отделяет катодные и анодные процессы и обеспечивает перенос протонов от анода к катоду для генерации электричества, воды и тепла через электрохимическую реакцию. Традиционно мембраны изготавливаются из полимеров, таких как Nafion.

Однако полимерные мембраны имеют недостатки, такие как набухание в водяных парах и растворах, а также деградация со временем, что снижает избирательность протонного транспорта и ухудшает работу топливного элемента. Мембраны на основе оксида графена являются альтернативным решением для данной проблемы.

Авторы работы планируют продолжить исследования как в фундаментальных, так и в практических аспектах. В настоящее время они изучают кинетику и механизм электрохимического восстановления на более глубоком уровне.

В дальнейших планах ученых — использование мембраны в метанольных топливных элементах, а также изучение температурной зависимости электронной проводимости и протонного транспорта в мембранах на основе оксида графена. Все это позволит улучшить производительность мембран и использовать их в реальных топливных элементах и электролизерах.