Ny katalysator til brintproduktion er et skridt mod rent brændstof

Et nanostruktureret kompositmateriale udviklet ved UC Santa Cruz har vist en imponerende ydeevne som en katalysator for elektrokemisk spaltning af vand for at producere brint. En effektiv, lavpriskatalysator er afgørende for at realisere løftet om brint som en ren, miljøvenligt brændstof.

Forskere ledet af Shaowei Chen, professor i kemi og biokemi ved UC Santa Cruz, har undersøgt brugen af ​​kulstofbaserede nanostrukturerede materialer som katalysatorer for reaktionen, der genererer brint fra vand. I en nylig undersøgelse, de opnåede gode resultater ved at inkorporere rutheniumioner i en pladelignende nanostruktur bestående af kulnitrid. Ydeevnen blev yderligere forbedret ved at kombinere det ruthenium-doterede carbonnitrid med grafen, en pladelignende form for kulstof, at danne en lagdelt komposit.

"Bindingskemien af ​​ruthenium med nitrogen i disse nanostrukturerede materialer spiller en nøglerolle i den høje katalytiske ydeevne, " sagde Chen. "Vi viste også, at stabiliteten af ​​katalysatoren er meget god."

De nye resultater blev offentliggjort i ChemSusChem , et toptidsskrift, der dækker bæredygtig kemi og energimaterialer, og avisen er vist på forsiden af ​​10. januar-nummeret. Første forfatter Yi Peng, en kandidatstuderende i Chens laboratorium, ledede undersøgelsen og designede forsidebilledet.

Brint har længe været attraktivt som et rent og vedvarende brændstof. En brintbrændselscelle, der driver et elektrisk køretøj, for eksempel, udsender kun vanddamp. I øjeblikket, imidlertid, brintproduktion er stadig stærkt afhængig af fossile brændstoffer (for det meste ved hjælp af damp til at udvinde det fra naturgas). At finde en lavpris, effektiv måde at udvinde brint fra vand gennem elektrolyse ville være et stort gennembrud. Elektricitet fra vedvarende kilder som sol- og vindkraft, som kan være intermitterende og upålidelige, kunne derefter nemt opbevares og distribueres som brintbrændstof.

I øjeblikket, de mest effektive katalysatorer til den elektrokemiske reaktion, der genererer brint fra vand, er baseret på platin, hvilket er sparsomt og dyrt. Kulstofbaserede materialer har vist lovende, men deres ydeevne er ikke kommet tæt på platin-baserede katalysatorer.

I det nye kompositmateriale udviklet af Chens laboratorium, rutheniumioner indlejret i carbonnitrid nanopladerne ændrer fordelingen af ​​elektroner i matrixen, skabe mere aktive steder for binding af protoner for at generere brint. Tilføjelse af grafen til strukturen forbedrer omfordelingen af ​​elektroner yderligere.

"Grafenen danner en sandwichstruktur med carbonnitrid nanopladerne og resulterer i yderligere omfordeling af elektroner. Dette giver os større protonreduktionseffektiviteter, " sagde Chen.

Den elektrokatalytiske ydeevne af kompositten var sammenlignelig med den for kommercielle platinkatalysatorer, rapporterede forfatterne. Chen bemærkede, imidlertid, at forskerne stadig har lang vej igen for at opnå billig og effektiv brintproduktion.