Forskning afslører mekanismen bag en vandspaltningskatalysator

Caltech-forskere har gjort en opdagelse, som de siger kan føre til økonomisk bæredygtig produktion af solbrændstoffer i de næste par år.

Årevis, forskning i solbrændstof har fokuseret på at udvikle katalysatorer, der kan spalte vand til brint og ilt kun ved brug af sollys. Det resulterende brintbrændstof kan bruges til at drive motorkøretøjer, elektriske anlæg, og brændselsceller. Da det eneste, der produceres ved at brænde brint, er vand, ingen kulstofforurening tilføres atmosfæren.

I 2014 forskere i Harry Grays laboratorium, Caltechs Arnold O. Beckman professor i kemi, udviklet en vandspaltende katalysator lavet af lag af nikkel og jern. Imidlertid, ingen var helt sikker på, hvordan det fungerede. Mange forskere antog, at nikkellagene, og ikke jernatomerne, var ansvarlige for katalysatorens (og andre lignende) evne til at spalte vand.

For at finde ud af det med sikkerhed, Bryan Hunter (PhD '17), en tidligere stipendiat ved Resnick Institute, og hans kolleger i Grays laboratorium skabte en eksperimentel opsætning, der udsultede katalysatoren af ​​vand. "Når du tager noget af vandet væk, reaktionen aftager, og du er i stand til at tage et billede af, hvad der sker under reaktionen, " han siger.

Disse billeder afslørede det aktive sted for katalysatoren - det specifikke sted, hvor vand nedbrydes til ilt - og viste, at jern udførte vandspaltningsreaktionen, ikke nikkel.

"Vores eksperimentelt understøttede mekanisme er meget anderledes end det, der blev foreslået, " siger Hunter, første forfatter til et papir udgivet 6. februar i Joule , et tidsskrift for bæredygtig energiforskning, beskriver opdagelsen. "Nu kan vi begynde at lave ændringer i dette materiale for at forbedre det."

Grå, hvis arbejde har fokuseret på solbrændstoffer i årtier, siger, at opdagelsen kunne være en "game changer" for feltet.

"Dette vil advare folk over hele verden om, at jern er særligt godt til denne form for katalyse, " siger han. "Jeg ville slet ikke blive chokeret, hvis folk begynder at bruge disse katalysatorer i kommercielle applikationer om fire eller fem år."

Papiret, der beskriver forskningen i Joule er titlen, "Fangst et jern(VI)-vandspaltende mellemprodukt i ikke-vandige medier."