Multifunktionel katalysator til giftbestandige brintbrændselsceller

Efterspørgslen efter miljøvenlige brændstofkilder er stigende, efterhånden som målet om at mindske afhængigheden af ​​fossile brændstoffer bliver almindeligt anerkendt. Brint repræsenterer en mulig bæredygtig brændstofkilde, når det produceres af vand og brændes med ilt, fordi kun vand frigives som et biprodukt. Oxidationen af ​​brint for at frigive energi og vand ved hjælp af brændselsceller, der indeholder katalysatorer, forskes intensivt. Imidlertid, katalysatorer, der anvendes til hydrogenoxidation, lider generelt af forgiftning med kulilte, som er til stede som en forurening i kommerciel brintgas. Dermed, evnen til at oxidere både brint og kulilte i det samme reaktionssystem er en attraktiv mulighed for at undgå katalysatorforgiftning og øge effektiviteten af ​​energiproduktion fra brint.

Et samarbejde ledet af Kyushu University har for nylig udviklet en katalysator, der kan oxidere både brint og kulilte afhængigt af reaktionssystemets pH. Katalysatoren efterligner opførselen af ​​to enzymer:hydrogenase i sure medier (pH 4-7) og carbonmonoxiddehydrogenase i basiske medier (pH 7-10). Katalysatoren er et vandopløseligt kompleks, der indeholder nikkel- og iridiummetalatomer med en unik "sommerfugle"-struktur. Forskerne undersøgte deres katalysators evne til at oxidere brint og carbonmonoxid i en 1:1 blanding. Vigtigt, de var i stand til at isolere forskellige mellemprodukter i oxidationsprocesserne for at bekræfte mekanismerne for hydrogen- og kulilteoxidation af katalysatoren.

"Vi fandt ud af, at katalysatoren reagerede med brint for at danne et hydridkompleks under sure forhold, " siger førsteforfatter professor Seiji Ogo, Det Tekniske Fakultet/ Internationalt Institut for Kulstofneutral Energiforskning (WPI-I2CNER), Kyushu Universitet. "Ud over, katalysatoren er let koordineret med kulilte, som blev oxideret til kuldioxid under basiske betingelser."

Holdet undersøgte derefter deres katalysators modstandsdygtighed over for forgiftning med kulilte i en prototype brændselscelle ved hjælp af fødegasser af brint, carbonmonoxid, og en 1:1 blanding af de to. Effekttætheden af ​​brændselscellen, der indeholdt katalysatoren, afhang af systemets pH og fødegassammensætning. Oxidation af hydrogen med katalysatoren blev lettet ved lav pH (sure betingelser), og oxidation af carbonmonoxid var hurtigere ved høj pH (basisbetingelser); disse tendenser stemmer godt overens med den observerede adfærd for de relaterede enzymer.

"Vores katalysators evne til at bruge både brint og kulilte som energikilder repræsenterer et vigtigt fremskridt inden for brintteknologi, " forklarer Ogo.

Det forventes, at katalysatorer til brintoxidation, der kan modstå kulilteforgiftning, vil muliggøre udvikling af brintbrændselsceller med forbedret ydeevne, repræsenterer endnu et skridt på vejen mod det endelige mål om et bæredygtigt samfund.