Et skridt nærmere bæredygtig energi fra havvand

Forskergruppen ledet af Leiden-kemikeren Marc Koper har opdaget en katalysator, der minimerer produktionen af ​​klorgas under saltvandselektrolyse. Opfindelsen kan muliggøre direkte produktion af brint fra havvand. Artiklen er blevet publiceret i Journal of the American Chemical Society .

"Ved elektrolyse af saltvand, såsom havvand, det ultimative mål er at producere brint ved katoden, " forklarer ph.d.-studerende Jan Vos fra Leiden Institute of Chemistry. "Produktet dannet ved anoden er ideelt set oxygen, fordi det er uskadeligt for miljøet." under saltvandselektrolyse kan der også dannes giftig klorgas ved anoden. Forskerne har nu fremstillet en katalysator, der minimerer dannelsen af ​​klorgas til fordel for iltdannelse. Vos forklarer:"Katalysatoren består af to metaloxider:iridiumoxid med et lag af manganoxid kun et dusin nanometer tykt. Iridium er et materiale, der udviser høj katalytisk aktivitet til dannelse af både oxygengas og klorgas; manganoxidet virker som en slags membran, der forhindrer tilførsel af kloridioner og undertrykker dannelsen af ​​klorgas."

Elektrolysen af ​​vand er et vigtigt skridt for produktion og anvendelse af brint som en alternativ energibærer. En anode, der modvirker dannelsen af ​​klorgas, muliggør vandelektrolyse, hvor det ikke er nødvendigt først at rense vandet for opløst salt, hvis proces stadig koster betydelige mængder energi og kapital. Det ville tillade direkte produktion af brint fra havvand, derved aflaste de sjældne ferskvandsreserver på jorden.

Ifølge Vos, en nyttig bivirkning af saltvandselektrolyse er produktionen af ​​meget rent ferskvand. "Hvis den udvundne brintgas i sidste ende bruges som brændstof, for eksempel i en brændselscelle i en bil, brinten reagerer tilbage til vand med iltgas fra atmosfæren. Den vej, den storstilede anvendelse af vandelektrolyse og brint i brændselsceller vil føre til store mængder af dette 'affaldsprodukt':rent vand. I en fremtid, hvor vandmangel bliver et stadig mere akut problem, dette ville bestemt ikke være uønsket."

Forskningen kaster nyt lys over et spørgsmål inden for kemi, der har stået på i årtier. "Vi havde oprindeligt ingen idé om, hvorfor materialer baseret på manganoxid havde så høj en selektivitet over for oxygen. Vi antog, at det udelukkende var en katalytisk egenskab ved materialet, men mulige virkninger af diffusionsbarrierer:den selektive blokering af transporten af ​​chloridioner... Det kom ikke engang til at tænke på! Faktisk, det er en meget grundlæggende, effektiv løsning på et meget komplekst problem. Det har radikalt ændret vores forskningsretning."

Opdagelsen har implikationer for selektivitet i elektrolyse. Selektivitet er et vigtigt kriterium for, hvor godt en katalysator fungerer. I mange (elektro-)kemiske processer, det er muligt at danne forskellige produkter under en reaktion, men det er håbet, at kun det nødvendige produkt dannes. Måden at påvirke selektiviteten på er normalt at vælge katalysatoren meget præcist og finjustere den, men det tager meget tid og penge. I øvrigt, det er ikke altid muligt at kombinere høj selektivitet med høj aktivitet, en anden vigtig egenskab.

Ifølge Vos, forskningen passer fint ind i en spirende, alternativ tendens inden for elektrokatalyse:brugen af ​​visse belægninger til at forbedre en katalysator. "Et sådant lag forhindrer uønskede reaktanter i at nå katalysatoren. Dette gør det muligt at gøre et aktivt, men ikke-selektivt katalytisk materiale selektivt på en alternativ måde."