Мақалада сутек энергиясын өндіру қымбат металдарға жататын сирек
катализаторларға тәуелді болуына байланысты тиімділік пен экономикалық орындылық
тұрғысынан бірқатар қиындықтарға тап болып отыр. Бұл зерттеудің мақсаты — суды
электролиздеу үдерісін жақсарту үшін металлдардың арақатынасы мен кеуек құрылымы
бақыланатын платинамен легирленген никель–темір металл-органикалық қаңқалы (Pt-
NiFe-MOF) катализаторларды әзірлеу. NiFe-MOF қаңқасы алдымен солвотермиялық
әдіс арқылы синтезделіп, кейіннен постсинтетикалық модификациялау нәтижесінде
платинаның бақыланатын мөлшері (0,5–2,0 масс.% ) енгізілді. Кеуек құрылымы аралас
байланыстырғыш стратегиясы (H₄DOBDC қатынастары 1:0-ден 1:1-ге дейін) арқылы
реттелді. Катализаторлардың құрылымдық және физика-химиялық қасиеттері PXRD,
HRTEM, BET, XPS және ICP-OES әдістері арқылы зерттелді. Электрохимиялық
көрсеткіштер 1,0 М KOH ерітіндісінде талданды. Практикалық тиімділікті бағалау үшін
75 °C температурада арнайы жобаланған біріктірілген электролиз жүйесі қолданылды.
H₄DOBDC қатынасы 1:0,5 болатын Pt-NiFe-MOF-1.0 катализаторы ерекше жоғары
тиімділік көрсетіп, 10 мА/см² ток тығыздығында OER үшін небәрі 253 мВ, ал HER үшін
58 мВ артық кернеу қажет етті. Бұл катализатор 4,2 нм оңтайлы кеуек диаметріне және
1325 м²/г меншікті беткі ауданына ие болды. DFT есептеулері платинаны енгізу сутекпен
байланысу энергиясын өзгерту арқылы синергиялық әсер туғызатынын көрсетті. Сонымен
қатар, DFT есептеулері мен XPS талдауы платинаның OER үдерісіндегі рөлі тікелей
каталитикалық емес, керісінше күшті электрондық модуляция әсері екенін анықтады: Pt
қоспалары көршілес Ni және Fe орталықтарынан электрон тығыздығын тартып алып,
белсенділігі жоғары Ni³⁺/Fe³⁺ жоғары валентті күйінің түзілуін ынталандырады және
жылдамдықты шектейтін O–O байланысының түзілу сатысындағы энергия тосқауылын
төмендетеді. Біріктірілген электролиз жүйесі 100 мА/см² ток тығыздығында 1,62 В
кернеуге және 75,8% энергия тиімділігіне қол жеткізіп, дәстүрлі жүйелермен
салыстырғанда асыл металл мөлшері 15–30 есе аз болған жағдайда 200 сағат бойы
тұрақты жұмыс істеді. Оптимизацияланған NiFe-MOF құрылымдарына платинаның аз
мөлшерін стратегиялық енгізу суды электролиздеу тиімділігін айтарлықтай арттырып,
экономикалық тиімділікті сақтай отырып, өнеркәсіптік ауқымдағы сутек өндіру жүйелерін
дамытуға жол ашады.
