Nyt ultratyndt materiale til spaltning af vand kan gøre produktionen af ​​brint billigere

UNSW Sydney kemikere har opfundet en ny, billig katalysator til at spalte vand med en elektrisk strøm for effektivt at producere rent brintbrændstof.

Teknologien er baseret på skabelsen af ​​ultratynde skiver af porøse metal-organiske komplekse materialer coatet på en skumelektrode, som forskerne uventet har vist er stærkt ledende for elektricitet og aktivt til at spalte vand.

"Spaltning af vand kræver normalt to forskellige katalysatorer, men vores katalysator kan drive begge de reaktioner, der kræves for at adskille vand i dets to bestanddele, ilt og brint, " siger studieleder lektor Chuan Zhao.

"Vores fremstillingsmetode er enkel og universel, så vi kan tilpasse det til at producere ultratynde nanoark-arrays af en række af disse materialer, kaldet metal-organiske rammer.

"Sammenlignet med andre vandspaltende elektrokatalysatorer rapporteret til dato, vores katalysator er også blandt de mest effektive, " han siger.

UNSW-forskningen af ​​Zhao, Dr. Sheng Chen og Dr. Jingjing Duan er offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Brint er en meget god bærer for vedvarende energi, fordi det er rigeligt, genererer nul-emissioner, og er meget nemmere at opbevare end andre energikilder, som sol- eller vindenergi.

Men omkostningerne ved at producere det ved at bruge elektricitet til at spalte vand er høje, fordi de hidtil mest effektive katalysatorer, der er udviklet, ofte er lavet af ædle metaller, som platin, ruthenium og iridium.

Katalysatorerne udviklet på UNSW er lavet af rigelige, ikke-ædelmetaller som nikkel, jern og kobber. De tilhører en familie af alsidige porøse materialer kaldet metalorganiske rammer, som har en lang række andre potentielle anvendelser.

Indtil nu, metal-organiske rammer blev betragtet som dårlige ledere og ikke særlig nyttige til elektrokemiske reaktioner. Konventionelt, de er lavet i form af bulkpulvere, med deres katalytiske steder dybt indlejret i materialets porer, hvor det er svært for vandet at nå.

Ved at skabe nanometertykke arrays af metalorganiske rammer, Zhaos team var i stand til at blotlægge porerne og øge overfladearealet for elektrisk kontakt med vandet.

"Med nanoteknik, vi lavede en unik metal-organisk rammestruktur, der løser de store problemer med ledningsevne, og adgang til aktive sider, " siger Zhao.

"Det er banebrydende. Vi var i stand til at demonstrere, at metal-organiske rammer kan være meget ledende, udfordrer det almindelige koncept for disse materialer som inerte elektrokatalysatorer."

Metalorganiske rammer har potentiale til en lang række anvendelser, herunder brændstofopbevaring, medicin levering, og kulstoffangst. UNSW-teamets demonstration af, at de også kan være stærkt ledende, introducerer en række nye applikationer til denne klasse af materiale ud over elektrokatalyse.