Forskere bruger jiggly Jell-O til at lave kraftfuld ny brintbrændstofkatalysator

En billig og effektiv ny katalysator udviklet af forskere ved University of California, Berkeley, kan generere brintbrændstof fra vand lige så effektivt som platin, i øjeblikket den bedste-men også dyreste-vandopdelende katalysator der findes.

Katalysatoren, som består af nanometer-tynde plader af metalcarbid, fremstilles ved hjælp af en selvsamlingsproces, der er afhængig af en overraskende ingrediens:gelatine, materialet, der giver Jell-O sit fnys.

"Platin er dyrt, så det ville være ønskeligt at finde andre alternative materialer til at erstatte det, "sagde seniorforfatter Liwei Lin, professor i maskinteknik ved UC Berkeley. "Vi bruger faktisk noget, der ligner Jell-O, som du kan spise som fundament, og blande det med nogle af de rigelige jordelementer for at skabe et billigt nyt materiale til vigtige katalytiske reaktioner. "

Værket vises i den trykte udgave af tidsskriftet 13. december Avancerede materialer .

En laps af elektricitet kan bryde de stærke bindinger fra hinanden, der binder vandmolekyler sammen, skaber ilt og hydrogengas, sidstnævnte er en yderst værdifuld energikilde til at drive brintbrændselsceller. Hydrogengas kan også bruges til at hjælpe med at lagre energi fra vedvarende, men intermitterende energikilder som sol- og vindkraft, som producerer overskydende elektricitet, når solen skinner, eller når vinden blæser, men som går i dvale på regnfulde eller rolige dage.

Men blot at stikke en elektrode i et glas vand er en ekstremt ineffektiv metode til at generere hydrogengas. I de sidste 20 år har forskere har ledt efter katalysatorer, der kan fremskynde denne reaktion, gør det praktisk til stor brug.

"Den traditionelle måde at bruge vandgas til at generere brint dominerer stadig i industrien, men denne metode producerer kuldioxid som biprodukt, "sagde første forfatter Xining Zang, der gennemførte forskningen som kandidatstuderende i maskinteknik ved UC Berkeley. "Elektrocatalytisk brintproduktion vokser i det sidste årti, efter den globale efterspørgsel efter lavere emissioner. Udvikling af en yderst effektiv og billig katalysator til elektrohydrolyse vil bringe dybtgående tekniske, økonomisk og samfundsmæssig fordel. "

For at skabe katalysatoren, forskerne fulgte en opskrift næsten lige så simpel som at lave Jell-O fra en æske. De blandede gelatine og en metalion - enten molybdæn, wolfram eller kobolt - med vand, og lad derefter blandingen tørre.

"Vi tror, ​​at når gelatine tørrer, det samler sig selv lag for lag, "Sagde Lin." Metalionen bæres af gelatinen, så når gelatinen samler sig selv, din metalion er også arrangeret i disse flade lag, og disse flade ark er det, der giver Jell-O dens karakteristiske spejllignende overflade. "

Opvarmning af blandingen til 600 grader Celsius får metalionen til at reagere med carbonatomer i gelatinen, danner store, nanometer-tynde plader af metalcarbid. Den uomsatte gelatine brænder væk.

Forskerne testede katalysatorernes effektivitet ved at placere dem i vand og føre en elektrisk strøm gennem dem. Når de er stablet op mod hinanden, molybdæncarbid splittet vand mest effektivt, efterfulgt af wolframcarbid og derefter koboltcarbid, som ikke dannede så tynde lag som de to andre. Blanding af molybdænioner med en lille mængde kobolt øgede ydelsen endnu mere.

"Det er muligt, at andre former for hårdmetal kan give endnu bedre ydeevne, "Sagde Lin.

Katalysatorens todimensionelle form er en af ​​grundene til, at den er så vellykket. Det er fordi vandet skal være i kontakt med overfladen af ​​katalysatoren for at gøre sit arbejde, og pladernes store overfladeareal betyder, at metalcarbiderne er ekstremt effektive i forhold til deres vægt.

Fordi opskriften er så enkel, det kan let skaleres op for at producere store mængder af katalysatoren, siger forskerne.

"Vi fandt ud af, at ydelsen er meget tæt på den bedste katalysator fremstillet af platin og kulstof, som er guldstandarden på dette område, "Lin sagde." Det betyder, at vi kan erstatte den meget dyre platin med vores materiale, som er fremstillet i en meget skalerbar fremstillingsproces. "