Opdagelse af overgangsmetalkatalysator kan hjælpe med at etablere vedvarende genereret elektricitet

Bæredygtig brændstof- og kemikalieproduktion er tættere på at blive en praktisk realitet, efter at KAUST-forskere analyserede en ædelmetalfri elektrokemisk hydridoverførselskatalysator og opdagede, at molybdæn spillede den centrale rolle.

Platin har længe været den foretrukne katalysator til elektrokemisk hydridoverførsel, en alsidig kemisk proces til fremstilling af værdifulde kemikalier eller kulstoffrie brændstoffer. Hvis denne elektrokemiske proces blev drevet med vedvarende elektricitet, kunne det muliggøre et mere bæredygtigt samfund. Platin er imidlertid et sjældent og dyrt ædelmetal, der sætter betydelige begrænsninger for optagelsen af ​​denne teknologi.

Et langt mere rigeligt og billigere metal, molybdæn, kunne potentielt tage platins plads i processen, har Magnus Rueping og hans team vist.

Adskillige molybdæn-baserede katalysatorer, herunder molybdænsulfid, har tidligere vist lovende for hydridoverførselselektrokatalyse, men årsagen til deres høje aktivitet var uklar, og især molybdæns rolle forblev et mysterium. "Vi ønskede at bestemme, hvordan denne katalysator fungerede," siger Jeremy Bau, en forsker i Ruepings laboratorium.

Holdet anvendte en teknik kaldet elektronparamagnetisk resonansspektroskopi (EPR) i et forsøg på at studere molybdænsulfidelektrokatalysatoren i aktion i realtid. "Uventet var vi i stand til at fange hele processen, mens den foregik," siger Bau. "Vi var i stand til at fange katalysatorens aktive tilstand:Mo3+ioner direkte bundet til brint."

Konstateringen af, at molybdænioner direkte deltager i hydridoverførsel, kunne føre til forbedrede katalysatorer. "Hvis vi kan demonstrere en sammenhængende teori for, hvordan molybdæn er ansvarlig for hydridoverførselsaktivitet, kan vi fokusere på at forbedre molybdæn, så det kan være konkurrencedygtigt med platin og også på at udvikle nye molybdænkatalysatorer som billigere erstatninger for platin," siger Bau. /P>

En anvendelse af katalysatoren kunne være at elektrokemisk spalte vandmolekyler for at producere brintgas som en måde at omdanne vedvarende elektricitet til et lagerbart, transportabelt brændstof. Holdet viste dog også, at katalysatoren havde et stort potentiale til at styrke enzymbiokatalysatorer til produktion af grønne kemikalier.

I celler arbejder enzymer ofte med naturens energibærermolekyle NADH for at katalysere reaktioner. Imidlertid er NADH uoverkommeligt dyrt til industriel biokatalyse. Elektrokemisk genereret molybdænhydrid viste sig at være yderst effektiv til at regenerere NADH in situ i den biokemiske reaktionskolbe.

"Vi blev overraskede over effektiviteten af ​​processen," siger Rueping. "Biprodukter undgås, og ren NADH produceres. Vores opdagelse rejser muligheden for, at det langvarige mål om at fremstille kemikalier gennem enzymer kan aktiveres af elektrokemi." + Udforsk yderligere

Ny elektrokatalysator giver håb om billigere brintbrændstof