Design af vandspaltningskatalysatorer ved brug af affaldsgærbiomasse

En ny katalysatorsyntesemetode, i stand til at generere brint fra gær, de vigtigste mikroorganismer involveret i alkohol- og brødfermentering, er blevet udviklet. Det nye system kan effektivt nedbryde vand til ilt og brint, ved hjælp af stoffer, der findes i affaldsgærbiomasse. Udover, denne metode er billig, har et højt udbytte, og forventes således at reducere omkostningerne til brintproduktion fra nedbrydning af vand.

Et forskerhold, ledet af fremtrædende professor Kwang S. Kim (National Honor Scientist of Korea) på School of Natural Sciences på UNIST har med succes udviklet en ny katalysatorsyntesemetode, der effektivt kan nedbryde vand til ilt og brint ved hjælp af biomasse fra gær. Udover, ved at dække den gærbaserede støtte med ruthenium (Ru) og jern (Fe)-baserede materialer, de udviklede et nyt katalysatormateriale, der udviser fremragende ydeevne i både brint- og oxygengenerering.

Brint er den reneste primære energikilde på jorden. En måde at fremstille miljøvenlig brint på er via elektrolyse af vand. Imidlertid, en sådan metode krævede ædelmetalbaserede katalysatorer, såsom platin (Pt) for HER og Iridium (Ir) for OER. Imidlertid, disse katalysatorer er typisk sjældne, dyrt, og mindre holdbar.

Forskergruppen fokuserede på affaldsgærbiomassen, som katalysatormateriale, der vil forbedre både ilt- og brintproduktion, under udskiftning af ædelmetalkatalysatorerne, såsom Pt eller Ir. Fordi gær er en levende organisme, den er rig på stoffer, såsom carbon (C), fosfor (P), svovl (S), og nitrogen (N), selv når de er brugt op og kasseret.

Sådanne materialer kan have en stigning i elektrisk ledningsevne, samt praktiske sammenkomster, der kan rumme andre materialer for at hjælpe med at fikse metalpartikler. Denne funktion har potentialet til at gøre en god katalysator, til sidst.

I undersøgelsen, forskergruppen har skabt to katalysatorer, der fremmer dannelsen af ​​både brint og ilt, anvendelse af restgær som katalysatorunderstøtning. De rapporterede hydrogen- og iltproduktion i 1 M kaliumhydroxid ved hjælp af ruthenium -enkeltatomer (RuSA'er) sammen med Ru -nanopartikler (RuNP'er) indlejret i MHC (RuSAs+RuNPs@MHC) som en katode og magnetit (Fe ₃ O ₄ ) understøttet på MHC (Fe ₃ O ₄ @MHC) som en anode. RuSAs + RuNPs@MHC-katalysatoren overgår den avancerede kommercielle platin-på-kulstof-katalysator til hydrogenudviklingsreaktion med hensyn til overpotentiale, vekselstrømstæthed, Tafelhældning og holdbarhed. Desuden, sammenlignet med industrielt anvendte katalysatorer (dvs. iridiumoxid), Fe ₃ O ₄ @MHC -katalysator viser enestående iltudviklingsreaktionsaktivitet.

Forskergruppen bemærkede, "Til spaltning af hele vand, det kræver en solspænding på 1,74 V for at drive ~ 30 mA, sammen med bemærkelsesværdig langsigtet stabilitet i nærvær (12 timer) og fravær (58 timer) ved udsættelse for udendørs sollys, som en lovende strategi for en bæredygtig energiudvikling."

"Gærbiomasse-afledte materialer kan hjælpe med at udvikle effektive, miljøvenlige og økonomiske katalysatorer for at forbedre bæredygtigheden af ​​brintproduktion, "siger fremragende professor Kim." Sammenlignet med kul og olie, affaldsgær er miljøvenlig, billig, og let tilgængelig biomasse, og resultaterne af undersøgelsen tyder på en ny anvendelse af affaldsgærbiomasse."

Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i Naturens bæredygtighed .