Forskere rapporterer nyt, mere effektiv katalysator til vandspaltning

Fysikere fra University of Houston har opdaget en katalysator, der kan opdele vand i brint og ilt, består af let tilgængelige, billige materialer og fungerer langt mere effektivt end tidligere katalysatorer.

Det ville løse en af ​​de primære forhindringer ved at bruge vand til at producere brint, en af ​​de mest lovende kilder til ren energi.

"Brint er den reneste primære energikilde, vi har på jorden, "sagde Paul C. W. Chu, TLL Temple Chair of Science og stiftende direktør og chefforsker for Texas Center for Superconductivity ved UH. "Vand kunne være den mest rigelige kilde til brint, hvis man kunne adskille brintet fra dets stærke binding med ilt i vandet ved hjælp af en katalysator."

Chu og kolleger, herunder fysikere Zhifeng Ren og Shuo Chen, som begge også er hovedforskere ved Texas Center for Superconductivity ved UH, rapporter deres opdagelse - en effektiv katalysator produceret uden de dyre ædle metaller, der oftest bruges - i denne uge i Proceedings of the Natural Academy of Sciences .

Andre forskere, der er involveret i projektet, omfatter postdoktorale forskere Haiqing Zhou og Fang Yu, og kandidatstuderende Jingying Sun og Ran He.

Katalysatoren, sammensat af jernholdigt metafosfat dyrket på en ledende nikkelskumplatform, er langt mere effektiv end tidligere katalysatorer, samt billigere at producere.

"Omkostningsmæssigt, det er meget lavere og præstationsmæssigt, meget bedre, "sagde Zhifeng Ren, MD Anderson professor i fysik og hovedforfatter på papiret. Katalysatoren er også holdbar, kører mere end 20 timer og 10, 000 cykler i test.

"Nogle katalysatorer er fremragende, men er kun stabile i en eller to timer, "Sagde Ren." Det nytter ikke. "

Selvom det er enkelt i teorien, opdeling af vand i hydrogen og ilt er en kompleks proces, kræver to separate reaktioner - en hydrogenudviklingsreaktion og en oxygenudviklingsreaktion, hver kræver en separat elektrode. Mens brint er den mere værdifulde komponent, det kan ikke produceres uden også at producere ilt. Og mens effektive hydrogenkatalysatorer er tilgængelige, Ren sagde, at manglen på en billig og effektiv iltkatalysator har skabt en flaskehals i feltet.

Hydrogen har en række fordele. "Hydrogen (H2) fremstillet af vandopdeling ved en elektrokemisk proces, kaldet vandelektrolyse, er blevet anset for at være en ren og bæredygtig energiressource til at erstatte fossile brændstoffer og imødekomme det stigende globale energibehov, da vand både er det eneste udgangsmateriale og biprodukt, når der produceres ren energi ved at omdanne H2 til vand, "skrev forskerne.

Og i modsætning til solenergi, vindkraft og anden "ren" energi, brint kan let opbevares.

I øjeblikket, det meste brint produceres ved dampmetanreform og kulgasning; disse metoder øger brændstofets kulstofaftryk på trods af, at det brænder rent.

Chen sagde, at iltudviklingsreaktioner ofte afhænger af en elektrokatalysator, der bruger et "ædelmetal" - iridium, platin eller ruthenium. Men de er dyre og ikke let tilgængelige.

"I dette arbejde, vi opdagede en meget aktiv og stabil elektrokatalysator baseret på jord-rigelige elementer, der endda overgår de ædelmetalbaserede, "sagde hun." Vores opdagelse kan føre til en mere økonomisk tilgang til brintproduktion fra vandelektrolyse. "

Vandspaltning kan udløses enten gennem elektrisk strøm eller gennem fotokatalyse, ved hjælp af solens kraft. Direkte solcelledrevet vandopdeling er for ineffektiv, da vand kun kan absorbere en lille del af lysspektret. Ideelt set, Ren sagde, solenergi ville blive brugt til at generere den elektriske strøm, der bruges til at splitte vand.