Ny katalysator producerer effektivt brint fra havvand

Havvand er en af ​​de mest rigelige ressourcer på jorden, tilbyder løfter både som en kilde til brint - ønskelig som en kilde til ren energi - og som drikkevand i tørre klimaer. Men selvom vandopdelingsteknologier, der er i stand til at producere brint fra ferskvand, er blevet mere effektive, havvand har været en udfordring.

Forskere fra University of Houston har rapporteret et betydeligt gennembrud med en ny oxygen -evolution reaktionskatalysator, der, kombineret med en hydrogenudviklingsreaktionskatalysator, opnåede strømtætheder, der er i stand til at understøtte industrielle krav, mens der kræves relativt lav spænding for at starte havvandselektrolyse.

Forskere siger, at enheden, sammensat af billige ikke-ædelmetalnitrider, formår at undgå mange af de forhindringer, der har begrænset tidligere forsøg på billigt at producere brint eller sikkert drikkevand fra havvand. Arbejdet er beskrevet i Naturkommunikation .

Zhifeng Ren, direktør for Texas Center for Superconductivity ved UH og en tilsvarende forfatter til papiret, sagde en stor hindring har været manglen på en katalysator, der effektivt kan spalte havvand for at producere brint uden også at frigive natriumioner, chlor, calcium og andre komponenter i havvand, som en gang frigivet kan sætte sig på katalysatoren og gøre den inaktiv. Klorinioner er især problematiske, dels fordi klor kræver lige lidt højere spænding for at frigøre, end der er nødvendigt for at frigøre brint.

Forskerne testede katalysatorerne med havvand hentet fra Galveston Bay ud for Texas-kysten. Ren, M.D. Anderson Chair Professor i fysik ved UH, sagde, at det også ville fungere med spildevand, tilvejebringelse af en anden brintkilde fra vand, der ellers er ubrugelig uden omkostningsfuld behandling.

"De fleste mennesker bruger rent ferskvand til at producere brint ved vandspaltning, "sagde han." Men tilgængeligheden af ​​rent ferskvand er begrænset. "

For at løse udfordringerne, forskerne designet og syntetiserede en tredimensionel kerne-skal oxygenudviklingsreaktionskatalysator ved hjælp af overgangsmetalnitrid, med nanopartikler lavet af en nikkel-jern-nitrid-forbindelse og nikkel-molybdæn-nitrid nanorods på porøst nikkelskum.

Første forfatter Luo Yu, en postdoktor ved UH, som også er tilknyttet Central China Normal University, sagde, at den nye oxygenudviklingsreaktionskatalysator var parret med en tidligere rapporteret hydrogenudviklingsreaktionskatalysator af nikkel-molybdæn-nitrid nanorods.

Katalysatorerne blev integreret i en to-elektrode alkalisk elektrolysator, som kan drives af spildvarme via en termoelektrisk enhed eller af et AA-batteri.

Cellespændinger, der kræves for at producere en strømtæthed på 100 milliamper per kvadratcentimeter (et mål for strømtæthed, eller mA cm ^-2 ) varierede fra 1.564 V til 1.581 V.

Spændingen er betydelig, Yu sagde, fordi mens der kræves en spænding på mindst 1,23 V for at producere brint, klor produceres ved en spænding på 1,73 V, hvilket betyder, at enheden skulle være i stand til at producere meningsfulde niveauer af strømtæthed med en spænding mellem de to niveauer.