Holdbar platform fremstiller bæredygtigt brændstof fra havvand

Havvand kunne være det perfekte foder til bæredygtigt brændstof:det er vedvarende, rigeligt, økonomisk og indeholder præcis de rigtige ingredienser til at producere brint af høj kvalitet. Ulempen er, at den indeholder mindre ønskværdige ingredienser, såsom klor, der hindrer konverteringsteknologien. Et internationalt forskerhold kan have udviklet en alternativ forarbejdningsplatform, der høster alle fordelene uden de klor-forårsagede problemer fra tidligere forsøg.

De offentliggjorde deres resultater den 6. september 2022 i Nano Research Energy .

"Havvandselektrolyse er en ekstremt attraktiv tilgang til at høste ren brintenergi, men skadelige klorarter, såsom chlorid eller hypochlorit, forårsager alvorlig korrosion ved anoden," sagde den tilsvarende forfatter Xuping Sun, professor ved University of Electronic Science and Technology i Kina. og på Shandong Normal University.

Elektrolyse involverer påføring af en elektrisk ladning til vand og spaltning af dets bestanddele, der producerer brint og ilt. Brinten kan bruges som rent brændstof, der kun udleder vand, når det brænder, i stedet for den skadelige kuldioxid, der frigives af fossile brændstoffer. Katoden, eller den negative elektrode, tiltrækker OH ^- og hjælper dem med at reducere til målmolekylerne af to brintatomer.

Samtidig trækker anoden, eller den positive elektrode, de negativt ladede molekyler og giver dem elektroner, hvilket får dem til at oxidere. Ved havvandselektrolyse tiltrækker anoden dog også negativt ladede klorelementer, som konkurrerer med OH ^- og kan korrodere elektroden uden brug.

Elektroderne, der bruges til elektrolyse, kan ifølge Sun være lavet af en række ædelmetaloxider, oxider uden ædelmetaller og multimetalliske oxider, men næsten alle resulterer i samme konkurrence- og korrosionsproblemer med klorid.

"Blandt materialemulighederne er lagdelte dobbelthydroxider verificeret som et lovende alternativ til de ønskede reaktioner på grund af deres afstembare sammensætning, lavere omkostninger og gode katalytiske aktiviteter," sagde Sun.

Lagdelte dobbelthydroxidmaterialer er brucitlignende lamellære krystaller sammensat af positive værtslag og ladningsbalancerende mellemlag. Disse to lag sandwich vand og de negativt tiltrukne partikler, såsom chlorid.

"Tidligere forskning i vores gruppe og andres har vist, at nikkel-jern lagdelte dobbelthydrider tilbyder lovende katalytisk aktivitet og selektive oxidationsreaktioner, men materialets levetid kræver forbedring," sagde Sun. "Dette kunne gøres ved at hæmme sidereaktioner, såsom kloridkorrosion, og forbedre udvekslingen af ​​OH ^- , men langtidsstabilitet på mindst 100 timer for en stor strømtæthed er sjældent blevet opnået på dette materiale."

For at opnå en mere stabil elektrode udviklede forskerne en nikkel-jern-lagdelt dobbelthydrid-array på kulstof, med benzoat - bedst kendt som et fødevarekonserveringsmiddel, når det bruges sammen med natrium - partikler indsat i lagene.

"I dette arbejde rapporterer vi, at tilgangen opnår effektiv og stabil havvandsoxidationselektrolyse," sagde Sun. "Interessant nok fungerer de negativt ladede benzoationer ikke kun som en korrosionsinhibitor med modstand mod skadelig klor (elektro)kemi, men som en protonacceptor til at lindre det lokale opløsnings pH-fald omkring den lagdelte dobbelthydridelektrode."

Derudover udvider benzoationerne også materialets mellemlagsafstand, hvilket gør det muligt for elektrolytter at trænge ind og diffundere igennem det. Platformen kan udføre tilfredsstillende elektrolyse uafbrudt i 100 timer uden at lide tydelige strukturelle ændringer, ifølge Sun.

"Dette design opfylder med succes de mange behov for en anode mod effektiv og stabil havvandsoxidation," sagde Sun. "Dette arbejde giver os ikke kun en robust katalysator til højaktiv havvandsoxidationselektrolyse, men kan også åbne en spændende vej til overfladekonstruktion af anodiske katalysatormaterialer med forbedret holdbarhed." + Udforsk yderligere

Fremstilling af brint fra havvand