Forskere udnytter solen til at producere brintgas fra vand

Et hold af kemiforskere ved University of North Carolina i Chapel Hill har udviklet en unik tilgang til at udnytte solens energi til at producere brintgas, en potentiel ren energikilde, fra vand, ifølge et papir offentliggjort i Nature Chemistry .

Ledet af UNC-Chapel Hill kemiker Alexander Miller, undersøgelsen, "Catalyst Self-Assembly Accelerates Bimetallic Light-driven Electrocatalytic H₂ Evolution in Water," undersøger et system, der bruger lys og elektricitet til at opdele vand i dets bestanddele - brint og oxygen.

"Det, vi fandt, er, at du kan få disse katalysatorer til selv at samle sig i disse kugler, som bliver bedre til at absorbere lys og til at lave de kemiske bindinger til at producere brint," sagde Miller. "Denne forskning repræsenterer et væsentligt bidrag til katalyseområdet og baner vejen for udvikling af effektive og bæredygtige energiteknologier."

Miller, professor i kemi ved College of Arts and Sciences, fik selskab af Marc ter Horst, forskningsprofessor i det nukleare magnetiske resonans kernelaboratorium; Isaac Cloward, en uddannet forskningsassistent; Tamara Jurado, en postdoc forskningsmedarbejder; Tianfei Liu, en postdoc forskningsmedarbejder; og tidligere medlemmer af hans laboratorium:Annabell Bonn, Matthew Chambers og Catherine Pitman.

Forskerne opdagede, at molekylære strukturer fik katalysatorerne - molekyler, der accelererer en kemisk reaktion uden selv at blive forbrugt i processen - til at klemme sig sammen for at danne miceller, som er kugler, der ligner olieagtige aflejringer på overfladen af ​​vand, når olivenolie tilsættes det. .

Vandspaltning er en nøgleproces i vedvarende energiteknologier, især i produktionen af ​​brint som et rent og bæredygtigt brændstof. Brint opnået fra vand kan bruges til brændselsceller, forbrændingsmotorer og andre applikationer, hvor det eneste biprodukt er vanddamp.

"Vandspaltning har potentialet til at lagre solenergi i form af kemiske bindinger, der adresserer den intermitterende natur af solenergiproduktion," sagde Miller. "Forskning i effektive og omkostningseffektive metoder til vandopdeling er et væsentligt interesseområde inden for vedvarende energi og bæredygtig udvikling."

Forskerne brugte også en speciel teknik kaldet dynamisk lysspredning, også kendt som fotonkorrelationsspektroskopi, til at måle størrelsen af ​​katalysatorerne ved at analysere udsvingene i intensiteten af ​​spredt lys. Denne ikke-invasive teknik gav værdifuld information om størrelsen, formen og fordelingen af ​​katalysatorerne.

Større miceller producerede brint hurtigere. De brugte også et analytisk værktøj kaldet nuklear magnetisk resonansspektroskopi, som bekræftede, at katalysatorerne i disse partikler var tæt på hinanden.

"Vi ønsker at fange energien i sollys, og i stedet for at omdanne den til elektricitet, som et solpanel på dit tag, vil vi generere et brændstof, som vi kan opbevare og bruge efter behov til at køre bil, oplade et batteri, kørelys " sagde Miller. "Det er det store billede."

Flere oplysninger: Isaac N. Cloward et al., Katalysator-selvsamling accelererer bimetallisk lysdrevet elektrokatalytisk H2-udvikling i vand, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01483-3

Journaloplysninger: Naturkemi

Leveret af University of North Carolina ved Chapel Hill