Создание новых молекулярных электрокатализаторов, не содержащих платиновых металлов, для процессов генерации и окисления водорода в электролизерах и топливных элементах

Методами циклической вольтамперометрии, препаративного электролиза, газовой хроматографии, спектроскопии ЯМР и ЭПР (с использованием созданных в ходе выполнения проекта микроячеек для in situ регистрации спектров электрохимически сгенерированных частиц) изучены механизмы электрокаталитической реакции получения молекулярного водорода с участием ряда клатрохелатов кобальта и железа и родственных им комплексов никеля в качестве перспективных электрокатализаторов. Соединения, продемонстрировавшие максимальную эффективность в качестве электрокатализаторов за весь срок выполнения проекта, протестированы в модельных электролизерах, изготовленных с применением аддитивных технологий (3D-печати). Показано, что во всех случаях первая реакция восстановления соответствует одноэлектронному восстановлению инкапсулированного иона металла с образованием стабильного комплекса Co(I) или Fe(I), однако реальными электрокаталитическими частицами являются металлические наночастицы, полученные в жестких условиях электролиза на поверхности рабочего электрода. Активность полученных наночастиц сильно зависит от структуры органического клеточного лиганда, входящего в состав выбранного комплекса металла, что открывает широкие возможности по оптимизации каталитических свойств подобных нанокатализаторов направленной химической модификацией лиганда. Предложена возможность использования клатрохелатов переходных металлов в виде компонент проточных редокс-батарей для электрохимического хранения энергии.