Китайські хіміки отримали електроди для електролізу води за допомогою сульфатредуціюючих бактерій. Бактерії покривають поверхню електрода сульфідом заліза, який потім полегшує адсорбцію кисень-містних частинок. Отримані електроди показують низьке значення анодного перенапруження в 220 мілівольт, а сам процес їх отримання дуже простий - його можна буде легко адаптувати для промисловості. Результати дослідження опубліковані в журналі
Один з найбільш екологічних способів отримання водневого палива - електроліз води. Щоб витрачати на цей процес менше енергії, вчені покривають поверхню електродів різними каталізаторами. Для аноду (на ньому при електролізі виділяється кисень) дуже ефективними виявилися залізно-нікелеві каталізатори, які додатково модифікують різними аніонними частинками: гідроксильними і сульфідними. Матеріали для таких каталізаторів коштують дешево, але процес їх синтезу поки що досить складний: вчені використовують методи гідротермального нанесення та електроосадження.
Китайські хіміки під керівництвом Бао Юй Ся (Bao Yu Xia) з Хуачжунського університету наук і технологій спробували модифікувати поверхню електродів за допомогою сульфатредуціюючих бактерій. Відомо, що корозія стали в присутності таких бактерій призводить до утворення сульфідів і оксогідроксидів заліза - тих самих сполук, які ефективно працюють на поверхні електродів.
Процес корозії, який використовували Ся і його колеги, дуже простий. Нікелеву пластину спочатку обробляли соляною кислотою, для того, щоб очистити нікель від оксидної плівки, а потім поміщали в лужній розчин, в якому також містився сульфат заліза і сульфаторедуціюючі бактерії. Розчин витримували в безкислородній атмосфері при температурі 37 градусів протягом декількох днів. За цей час бактерії відновлювали сульфат-іони, що знаходяться в розчині, до сульфіду іонів, які потім з'єднувалися з залізом і осідали на поверхні електрода. Автори пробували різну концентрацію бактерій а також різний час корозії від 3 до 17 днів, оптимальним виявився проміжок в 10 днів.
Раманівська спектросокпія і рентгенівська спектросокпія показали, що оброблений бактеріями матеріал являє собою оксогідроксид нікелю-заліза з вкрапленнями сульфіду заліза Ni (Fe) OOH - FeSx. Співвідношення кількості нікелю до кількості кисню, заліза і сірки на поверхні було дорівнює 32:64:2:1.
Потім автори протестували новий матеріал як електрод для виділення кисню з лужного розчину. Він показав дуже низьке анодне перенапруження оксилення гідроксид-іонів - всього 220 мілівольт. Значення перенапруження показує, яку додаткову напругу потрібно прикласти до електроду, щоб здійснити потрібне оксилення або відновлення через різні труднощі протікання електродного процесу. Чим нижче цей параметр, тим менше енергії треба витратити на електроліз. Авторам з першого разу вдалося продемонструвати дуже хороші значення перенапруження - мало кому поки що вдавалося досягти значень менше 200 мілівольт, а рекорд становить 180 мілівольт. Втім, автори поки не проводили повної оптимізації умов корозії, цілком можливо, надалі їм вдасться ще трохи знизити перенапруження. Проте внесок бактерій в ефективну роботу електрода очевидний вже зараз: нікелевий електрод без обробки в таких же умовах показував перенапруження в 400 мілівольт, а електрод, обробленим тільки лужним розчином заліза без бактерій - 300 мілівольт. Автори дійшли висновку, що така висока ефективність нового електрода - результат спільної дії оксогідроксильних OOH груп і сульфідних FeS груп на поверхні електрода. Лімітуючою (найповільнішою) стадією електролізу, є адсорбція на електроді гідроксид-іонів, які повинні надалі перетворитися на кисень. Теоретичні розрахунки показують, що кисень легше утворює зв'язки з залізом, а особливо легко - з залізом, яке знаходиться в складі сульфіду заліза FeS, так як на ньому в даному випадку зосереджений більший позитивний заряд. Тому в композиті, багатому сульфідними групами FeS, адсорбція відбувається легше і електроліз можна проводити при більш низькому потенціалі.
Ся і його колеги вважають, що запропонований ними метод бактеріальної корозії можна буде надалі адаптувати і для отримання інших матеріалів у тому числі в промислових масштабах.
Торік американські і китайські хіміки показали, що схожі за складом залізно-нікелеві електроди з сульфідним покриттям стійкі до хлоридної корозії, тому їх можна використовувати і для електролізу морської води.