На фоне растущей дороговизны «зелёного» водорода из-за применяемых в каталитической индустрии платиновых, рутениевых и иридиевых материалов учёные нашли перспективу в катализаторах на основе железа и никеля. По данным обобщённого материала, опубликованного в ACS Applied Nano Materials, никелевые композиты, закреплённые на углеродных нановолокнах и выращенные на двумерном проводящем MXene (Ti3C2Tx), показали обещающие результаты по щелочному электролизу воды: их требуемое напряжение в сравнимой системе оказалось на 50 мВ выше эталона на основе оксида рутения при достижении плотности тока 10 мА/см². Кроме того, при испытаниях набор водорода и кислорода подтверждался, что обе реакции важны для получения топлива.

Основа материалов — MXene с высокой электропроводностью. На поверхности этого двумерного проводника учёные методом химического осаждения из газовой фазы вырастили углеродные нановолокна, на концах которых образовались частицы оксидов металлов. Микроскопия и спектроскопия подтвердили сохранение слоистой структуры MXene и образование волокнистой связи. В сравнении с железным аналогом никелевый композит отличался более упорядоченной структурой графитоподобного углерода и меньшим количеством дефектов.

Сравнение двух составов в условиях электролиза показало, что при реакции выделения водорода никелевый композит потребовал повышения напряжения сверх эталона на рутении на 490 мВ для достижения плотности тока 10 мА/см², тогда как железный — 520 мВ. В реакциях выделения кислорода результаты составили 300 мВ и 360 мВ соответственно, тогда как эталонный оксид рутения RuO₂ требовал 250 мВ. Несмотря на эти различия, преимущество никелевого материала особенно заметно именно по кислороду: разница с эталоном составила около 50 мВ. Подложка в виде нановолокон на MXene заметно улучшила показатели обоих композитов по сравнению с аналогами без такой подложки.

Исследователи также оформили прототипы электролизёров, где применялся один и тот же тип катализатора на обеих пластинах. При плотности тока 10 мА/см² железный композит обеспечивал ячейковое напряжение 2,2 В, а никелевый — 2,7 В. Это означает, что железо демонстрирует более выгодные результаты в полной конфигурации, тогда как в частях конструкции никель показывает более высокие показатели. Уточняют, что железо может стабилизировать окружающую среду в ходе реакций.

Суточные испытания выявили незначительное снижение активности и дрейф характеристик катализаторов, причём никелевый из них изменялся меньше. По выводам учёных, работа над этими материалами ещё не завершена, но полученные данные обнадеживают: получение зелёного водорода без сжигания ископаемого топлива позволит снизить выбросы углекислого газа и одновременно уменьшить социально-экономическую нагрузку на производство топлива.