Синий пигмент заменил платину на катоде топливного элемента
Железный фталоцианин дал 902 мВт/см² без платины на катоде, но тестовая ячейка всё ещё использовала PtRu на аноде.
Статья опубликована 26 сентября в ACS Catalysis. Команда из Университета Тохоку, Technion, Университета Хоккайдо и компании AZUL Energy исследовала два железных тетраазафталоцианина — молекулы из семейства фталоцианинов, известных как интенсивно окрашенные синие пигменты. Эти соединения закрепили на проводящем углероде Ketjen Black и использовали как катодные катализаторы в анионообменной мембранной топливной ячейке — AEMFC.
Принцип важен именно для водородной энергетики: в топливном элементе водород не производят, а расходуют, превращая его химическую энергию в электричество. На катоде кислород должен быстро восстанавливаться, и эту медленную реакцию обычно ускоряют катализаторы с металлами платиновой группы. В щелочной среде AEMFC появляется больше возможностей обойтись без платины хотя бы на этой стороне ячейки.
Авторы сравнили AZ-FT-30 и более насыщенный азотом AZ-FO-30. Их электрохимическая площадь поверхности оказалась почти одинаковой — 155,8 и 157,5 м²/г, поэтому различие в работе связывают прежде всего со строением молекул, а не с количеством доступной поверхности. Расчёты показали: у AZ-FO-30 промежуточный OH сильнее взаимодействует с железным активным центром. Хироси Ябу из Университета Тохоку сформулировал результат так: «Точная молекулярная настройка позволяет сократить разрыв между платиновыми и безплатиновыми катализаторами».
В ячейке при 80 °C и подаче H₂/O₂ AZ-FT-30 дал максимальную плотность мощности 744 мВт/см², а AZ-FO-30 — 902 мВт/см². В самой статье это названо самым высоким результатом для катодов AEMFC на основе металлофталоцианинов. Но рекорд относится именно к этому классу молекулярных катализаторов, а не ко всем существующим безплатиновым катодам.
Есть и вторая оговорка. Испытание не было полностью свободным от металлов платиновой группы: на аноде использовался PtRu/C с загрузкой 0,6 мг металлов платиновой группы на см². То есть новая химия действительно убрала платину из катодного катализатора, но пока не из всей топливной ячейки. Это заметно точнее громкой формулы о «замене платины в водородной энергетике».
AZ-FO-30 дополнительно испытывали 35 часов при постоянной плотности тока 400 мА/см². За это время напряжение снизилось примерно на 12%, средняя скорость падения составила 2,4 мВ в час. Авторы считают такие данные важным шагом для молекулярных катодов и в заключении называют фталоцианиновые системы «сильными кандидатами для долговечных высокопроизводительных катодов AEMFC без металлов платиновой группы».
До практического топливного элемента дистанция всё же остаётся. Независимый обзор исследователей Чунцинского университета, опубликованный весной 2026 года в Small, отмечал, что у неплатиновых катодов AEMFC «критическим барьером остаётся недостаточная долговечность для реального применения». Там среди механизмов деградации названы коррозия углерода, потеря активных центров, реакции Фентона и проблемы управления водой.
Синий цвет здесь — не декоративная деталь и не готовый промышленный ответ. Смысл работы в том, что молекулу пигментного семейства можно перестроить так, чтобы железный центр эффективнее управлял кислородной реакцией. Платина отступила с катода, но до полностью безплатиновой и долговечной системы исследователям ещё предстоит дойти.
Фото: редакция ИЗНАНКИ.
