Koboltbaserede katalysatorer kunne fremskynde produktionen af ​​brint i industriel skala fra vand

Et billigt og enkelt alternativ til dyre platinbaserede katalysatorer, der genererer brint fra vand, kan snart være tilgængeligt, tak til A*STAR-forskere.

Et hold fra A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering har udviklet en et-trins tilgang til at syntetisere koboltphosphider, der udviser god elektrokemisk aktivitet i hydrogenudviklingsreaktionen (HER). "I modsætning til de dyre og sparsomme platinbaserede katalysatorer, disse phosphorfunktionaliserede koboltkatalysatorer er særligt lovende på grund af deres langsigtede stabilitet og egnethed til industriel implementering i stor skala, " forklarer Yun Zong, der ledede holdet med Zhaolin Liu.

Brint er en energitæt, ren og vedvarende brændstofkilde, der spiller en nøglerolle i mange industrielle processer, såsom produktion af ammoniak samt forarbejdning og raffinering af fossile brændstoffer. Endnu, det er overvejende produceret gennem dampreformering af naturgas, en højtemperaturudvinding fra kulbrinter, der udleder kuldioxid i store mængder.

Vandelektrolyse og lysdrevet vandspaltning, som isolerer brint fra vand, er dukket op som attraktive miljøvenlige alternativer til denne proces. Disse elektrokemiske tilgange afhænger af den langsomme dannelse af oxygen ved anoden samtidig med hydrogenudviklingsreaktionen ved katoden. Imidlertid, mens brintudvikling har vist sig lettere under sure forhold, elektrokatalysatorer udviklet til at fremskynde den anodiske reaktion har vist højere aktivitet i alkaliske medier. Som svar på dette, holdet har udtænkt nanostrukturerede koboltphosphider, der er i stand til at lette hydrogenudviklingsreaktionen uanset pH i de vandige medier.

Forskerne har lavet en let og skalerbar syntese, der giver katalysatorer i ét trin. I denne et-trins syntese, en fosforholdig forbindelse reagerer direkte med kommercielt tilgængelige koboltsalte, når den opvarmes til 330 grader Celsius. Denne usædvanlige gas-faste 'phosphidering' producerer en blanding af koboltholdige forbindelser, inklusive mono- og bimetalliske phosphider, oxider, og spormetal med en lille mængde gasformig phosphin.

"Hver af disse koboltarter forventes at gavne den samlede HER-aktivitet, " siger Zong, bemærker, at de fleste gas-faststof phosphideringsreaktioner kun giver det monometalliske derivat i lave udbytter. Han tilføjer, at konventionelle synteser kræver flere trin, der involverer produktionen af ​​en koboltprecursor og den efterfølgende phosphiddannelse.

Ud over at integrere deres kobolt-baserede katalysatorer i et vandopdelingssystem, holdet arbejder i øjeblikket på at screene andre overgangsmetalsalte og optimere de syntetiske procedurer. "Disse protokoller kan udvides til et-trins phosphidering af andre overgangsmetalsalte, " siger Zong, tilføjer, at indsigt i den direkte phosphidering af koboltsalte giver værdifuldt input til den fremtidige storskalasyntese af overgangsmetalphosphider.