Opdeling af vand til prisen for et nikkel

En teknik til at skabe et materiale til omkostningseffektiv vandelektrolyse bruger en simpel kemisk metode til at forberede nikkelbaserede anoder til at forbedre oxygen-evolution-reaktionen. Effektivitetsgevinster som denne udviklet af KAUST er vigtige i udviklingen af ​​vedvarende energi.

En teknik til at skabe et materiale til omkostningseffektiv vandelektrolyse bruger en simpel kemisk metode til at forberede nikkelbaserede anoder til at forbedre oxygen-evolution-reaktionen. Effektivitetsgevinster som denne udviklet af KAUST er vigtige i udviklingen af ​​vedvarende energi.

Brint lagrer en enorm mængde energi og giver derfor et stort potentiale som en bæredygtig, kulstoffri strømkilde. Brint er også rigeligt på Jorden, omend overvejende i form af vand. Elektrocatalyse kan adskille brintatomerne fra iltatomerne, men en afgørende overvejelse er en proces kendt som iltudvikling. Det er kendt, at hastigheden af ​​iltdannelse påvirker den samlede produktionshastighed af brint, så forskere leder efter en katalysator for at forstærke denne reaktion.

Ædelmetaller, såsom iridium og ruthenium, har fremragende ilt-evolution ydeevne, men er meget dyre. Som et billigere alternativ, Ph.d. studerende Tatsuya Shinagawa og praktikantstuderende Marcus Ng blev vejledt af lektor Kazuhiro Takanabe fra KAUST Catalysis Center til at bruge en simpel kemisk metode til at forbedre ilt-udviklingsreaktionen.

Nikkelbaserede elektrokatalysatorer har vist opmuntrende ydeevne i tidligere forsøg. Bemærkelsesværdig blandt disse er nikkel-jernoxid; men omkostningerne og kompleksiteten ved dets syntese er en ulempe.

"Eksisterende elektrolysatorer fungerer i ekstremt alkaliske eller sure miljøer, og disse hårde forhold vil være dyre, når de drives af vedvarende energikilder, "sagde Shinagawa." Det er også vigtigt, at de fleste undersøgelser af elektrokatalytisk vandopdeling er blevet udført ved stuetemperatur. Højere temperaturer kræves i praktiske systemer. "

Holdets protokol involverer gentagen redox-cyklus af nikkel i en carbonat- eller fosfatelektrolyt ved moderat pH og temperatur på cirka 55 ° C og evaluering af vandspaltningsprocessens ydeevne ved forhøjede temperaturer (op til 80 ° C)

Billeddannelse af den resulterende nikkelelektrode med et scanningselektronmikroskop indikerede, at fremstillingsprocessen omstrukturerer overfladen for at skabe et lag nikkeloxidhydroxid, der er mere end en millimeter tykt. Den tredimensionelle struktur af dette lag kan fange svagt bundne alkalimetal-kationer og vand.

Teamet viste, at deres elektrode udviste meget bedre oxygen-evolution reaktionsevne sammenlignet med nikkel-jernoxid under nær neutrale pH-betingelser og ved temperaturer, der almindeligvis anvendes i industriel forarbejdning.

"Vi håber at følge denne undersøgelse ved at opbygge en yderligere forståelse af materialets egenskaber og dets ydeevne, "sagde Shinagawa." For eksempel, en grundig undersøgelse af kinetik vil identificere det begrænsende reaktionstrin over den forberedte nikkelbaserede elektrokatalysator, hvilket vil føre til yderligere forbedring af den katalytiske aktivitet. "