Ученые Вустерского политехнического института в США разработали материал, который позволяет удалять мочевину из воды и перерабатывать ее в газообразный водород. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.
Новая работа решает проблему отсутствия недорогих и высокоэффективных электрокатализаторов, избирательно окисляющих мочевину вместо воды. Химики обнаружили, что уникальные электронные структуры, образованные из атомов никеля и кобальта, являются ключевым фактором для улучшения селективности окисления мочевины.
Компьютерное моделирование показало, что в однородной смеси из оксидов и гидроксидов никеля и кобальта происходит перераспределение электронов от Ni 2+ к Co 3+ и сдвигу валентных электронов в сторону более высоких энергий. Это объясняет, почему катализаторы Ni/Co лучше связываются с молекулами мочевины.
Уникальные характеристики мочевины делают ее подходящей средой для хранения водорода. Она нетоксична, хорошо растворяется в воде и имеет высокое содержание водорода с массовой долей 6,7 процента. Таким образом, электролиз мочевины для получения водорода более энергоэффективен и экономичен, чем электролиз воды.
Сама мочевина представляет собой недорогое азотное сельскохозяйственное удобрение, а также натуральный продукт метаболизма человека. Богатые мочевиной сельскохозяйственные стоки и городские сточные воды впадают в природные водоемы, вызывая цветение вредных водорослей и дефицит растворенного кислорода.