Исследователи из Северо-Западного университета США в сотрудничестве с командой из Toyota Research Institute создали инновационный метод поиска эффективных и доступных катализаторов для производства «зелёного» водорода. Эта технология значительно сокращает зависимость от использования дорогих редких металлов, таких как иридий, чья высокая стоимость и ограниченность запасов затрудняют масштабное внедрение водородной энергетики. Разработка основана на использовании мегабиблиотеки — уникального микрочипа, на котором размещены миллионы наночастиц с разнообразными химическими составами, что позволяет исследователям систематически и быстро тестировать огромный ассортимент материалов.
В рамках экспериментов учёные создали мегабиблиотеку, состоящую из 156 миллионов наночастиц, включающих различные распространённые металлы, такие как рутений, кобальт, марганец и хром. Используя роботизированные сканеры, специалисты мгновенно оценивают свойства каждого наноматериала в реакции окислительного водородного выделения (OER), которая является ключевым этапом при производстве водорода методом электролиза. Этот подход позволяет ускорить поиск заменителей редких и дорогих компонентов.
Один из самых значимых открытий — это материал с составом Ru52Co33Mn9Cr6. В лабораторных условиях он показал превосходную активность, превышающую эффективность традиционных иридийсодержащих катализаторов. При этом стоимость этого нового материала оказалась примерно в 16 раз ниже, а его стабильность — более 1000 часов работы в кислой среде, что говорит о его высокой долговечности и способности работать в условиях, приближённых к промышленным.
Профессор Чед А. Миркин, руководитель проекта, отметил, что технология мегабиблиотек существенно меняет подход к созданию новых материалов. Это позволяет за короткое время пробовать сотни миллионов комбинаций, что раньше было невозможно из-за физических и временных ограничений. Быстрое тестирование и моделирование свойств материалов в условиях, максимально приближенных к реальным, позволяет значительно сократить цикл разработки новых решений.
Помимо разработки катализаторов, такие мегабиблиотеки открывают широкие перспективы в области создания новых аккумуляторов, биомедицинских устройств и других высокотехнологичных областях. Современные алгоритмы машинного обучения активно внедряются для анализа накопленных данных, выявляя наиболее перспективные материалы и свойства. Это способствует ускоренной интеграции новых решений в промышленность и открывает путь к более устойчивым и экономичным технологиям. В будущем подобные методы могут стать стандартом в материаловедении, значительно ускоряя путь от идеи до коммерческого внедрения.
Использование таких высокотехнологичных подходов не только сокращает время и затраты на разработку, но и помогает экологически ориентированному развитию энергетики. Постепенное исчезновение зависимости от редких металлов способствует созданию более устойчивых и доступных источников энергии. Научные достижения в области мегабиблиотек и искусственного интеллекта делают возможным создание новых, более эффективных и дешёвых материалов, что даст импульс развитию «зеленой» энергетики и снизит негативное воздействие на окружающую среду.