Схема различных направлений поля во время экспериментов с применением внешнего поля. Направление вращения образца показано рядом с относительной ориентацией образца по отношению к силовым линиям магнита, где IP и OOP обозначают конфигурацию, при которой силовые линии на образце соответственно параллельны или перпендикулярны поверхности.
Фото: Обзоры прикладной физики (2024 г.). DOI: 10.1063/5.0174662

Исследователи из Университета Твенте показали, как повысить эффективность производства водорода на экспериментальной установке. Они показали, что магнитный порядок молекул играет решающую роль.

В поисках «зеленого» водорода необходима разработка эффективных каталитических материалов, которые повышают эффективность и скорость химической реакции, в результате которой образуется «зеленый» водород. Теоретически несколько исследований уже предполагали, что магнитные свойства катализатора влияют на эффективность и скорость. Однако экспериментальные доказательства этих улучшений были скудными, особенно в отношении роли магнитных свойств, которые существуют без внешних магнитных полей — до сих пор.

Исследователи выровняли магнитные «спины» атомов катализатора во время реакции. Они увидели, что выравнивание всех этих крошечных магнитов увеличивает скорость реакции. «Хотя мы работаем в фундаментальном масштабе, это исследование может иметь важные последствия для эффективного производства водорода », — говорит первый автор Эмма ван дер Минне. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Reviews.

Чтобы выровнять магнитные спины во время реакции, исследователи использовали простой подход. Ван дер Минн объясняет: «Мы снизили температуру во время реакции. Сравнивая изменения скорости реакции во время этого снижения для двух катализаторов с разным магнитным состоянием, мы обнаружили, что активность действительно увеличивается за счет этого так называемого магнитного порядка. Тот факт, что это происходит даже без применения магнитного поля, ранее был неясен. Таким образом, наше исследование дает нам новые способы улучшения конструкции катализаторов в крупномасштабном производстве водорода».

Но это не все. Исследователи также обнаружили, что если они применили внешнее магнитное поле, катализатор стал еще лучше выполнять свою работу. Направление этого магнитного поля имело значение. Оно должно было точно соответствовать магнитным свойствам материала. Понимание того, как магнетизм внутри катализатора и его реакция на внешние магнитные поля влияют на реакции, связанные с производством водорода, приближает нас на один шаг к более экологичному будущему.