Forskere rapporterer om en ny hybridkatalysator til at spalte vand

Forskere fra University of Houston og California Institute of Technology har rapporteret om en billig hybridkatalysator, der er i stand til at spalte vand for at producere brint, velegnet til storstilet kommercialisering.

De fleste systemer til at opdele vand i dets komponenter - hydrogen og ilt - kræver to katalysatorer, en for at anspore en reaktion for at adskille brintet og et andet for at producere ilt. Den nye katalysator, fremstillet af jern og dinickelfosfider på kommercielt tilgængeligt nikkelskum, udfører begge funktioner.

Forskere sagde, at det har potentiale til dramatisk at sænke mængden af ​​energi, der kræves for at producere brint fra vand, samtidig med at det genererer en høj strømtæthed, et mål for brintproduktion. Lavere energibehov betyder, at brinten kan produceres til en lavere pris.

"Det bringer os tættere på kommercialisering, " sagde Zhifeng Ren, MD Anderson Formand Professor i fysik ved UH og hovedforfatter af et papir, der beskriver den nye katalysator, der blev offentliggjort fredag ​​i Naturkommunikation .

Brint betragtes som en ønskværdig kilde til ren energi, i form af brændselsceller til at drive elmotorer eller forbrændes i forbrændingsmotorer, sammen med en række industrielle anvendelser. Fordi det kan komprimeres eller omdannes til væske, det er lettere at lagre end nogle andre former for energi, sagde Ren, som også er forsker ved Texas Center for Superconductivity på UH.

Men at finde en praktisk, billig og miljøvenlig måde at producere store mængder brintgas på – især ved at spalte vand i dets bestanddele – har været en udfordring.

Det meste brint produceres i øjeblikket gennem dampmetanreform og kulgasning; disse metoder øger brændstofets kulstofaftryk på trods af, at det brænder rent.

Og mens traditionelle katalysatorer kan producere brint fra vand, medforfatter Shuo Chen, adjunkt i fysik ved UH, sagde, at de generelt er afhængige af dyre platingruppeelementer. Det øger omkostningerne, gør storstilet vandspaltning upraktisk.

"I modsætning, vores materialer er baseret på jordrige elementer og udviser sammenlignelig ydeevne med platingruppematerialer, " sagde hun. "Det kan potentielt skaleres op til lave omkostninger, hvilket gør det meget attraktivt og lovende for kommercialisering af vandopdeling."

Forskere sagde, at katalysatoren forblev stabil og effektiv gennem mere end 40 timers test.

Den nye katalysator, de skrev, "viser sig at være en fremragende bifunktionel katalysator til generel vandspaltning, udviser både ekstrem høj OER (oxygen evolution reaktion) og HER (hydrogen evolution reaktion) aktiviteter i den samme alkaliske elektrolyt. Ja, det sætter en ny rekord i alkaliske vandelektrolysatorer (1,42 V for at give 10 mA cm-2), med den kommercielt praktiske strømtæthed på 500 mA cm-2. "

Tidligere katalysatorer har brugt forskellige materialer til at anspore en reaktion for at producere brint end dem, der bruges til at producere ilt. Ren sagde, at interaktionen mellem jernphosphidpartiklerne og dinikkelphosphidpartiklerne booster begge reaktioner. "På en eller anden måde er en fælles indsats af de to materialer bedre end noget individuelt materiale, " han sagde.