Forskerhold udvikler katalysator, der kan rense kommunalt spildevand og samtidig forbedre effektiviteten af ​​brintgenerering

Forskere har udtænkt en ny katalysator, der har til formål at øge effektiviteten af ​​reaktioner ved hjælp af forurenet kommunalt spildevand til at producere brint - en grøn energikilde.

Deres forskning blev for nylig omtalt i Advanced Functional Materials .

Med de voksende miljømæssige bekymringer om forurening forbundet med fossilt brændstof, har brint fået øget interesse. Vandelektrolyseteknologi er en bæredygtig proces, der udnytter Jordens rigelige vand til at producere brint. Imidlertid er den samtidige iltudviklingsreaktion under brintproduktion bemærkelsesværdig langsom, hvilket resulterer i en betydelig lav energiomdannelseseffektivitet.

På det seneste har det akademiske samfund taklet dette problem ved at integrere urinstofoxidationsreaktionen med hydrogengenereringsreaktionen. Urea, et forurenende stof, der findes i urin, frigiver en betydelig mængde energi under sin oxidationsproces, hvilket tilbyder et potentielt middel til at forbedre både effektiviteten af ​​brintgenerering og rensningen af ​​toiletspildevand.

I sidste ende er det nødvendigt at finde en katalysator, der effektivt kan drive ureaoxidationsreaktionen og derved forstærke effektiviteten af ​​både brintgenerering og spildevandsbehandling.

I jagten på øget effektivitet i urinstofoxidationsreaktionen skabte holdet en katalysator kendt som nikkel-jern-oxalat (O-NFF). Denne katalysator kombinerer jern (Fe) og oxalat på nikkel (Ni) metal, hvilket resulterer i et ekspansivt overfladeareal karakteriseret ved nanometerstore partikler i fragmentform. Denne unikke egenskab gør det muligt for katalysatoren at adsorbere flere reaktanter, hvilket letter en accelereret urinstofoxidationsreaktion.

I eksperimenter sænkede O-NFF-katalysatoren udviklet af teamet med succes den spænding, der kræves til brintgenerering til 1,47 V RHE (ved 0,5 A/cm ² ) og udviste en høj reaktionshastighed, selv når den blev testet i en blandet opløsning af kaliumhydroxid (1 M) og urinstof (0,33 M) med en Tafel-hældning på 12,1 mV/dec.

Forskerne validerede yderligere katalysatorens effektivitet ved at bekræfte dens fremme af urinstofoxidationsreaktionen gennem fotoelektron/røntgenabsorptionsspektroskopi ved hjælp af en strålingsfotonaccelerator.

Professor Kangwoo Cho og ph.d. kandidat Jiseon Kim fra afdelingen for miljøvidenskab og teknik ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) samarbejdede med Korea Institute of Science and Technology (KIST) for denne undersøgelse.

Cho, der ledede forskningen, udtalte:"Vi har udviklet en katalysator, der er i stand til at rense kommunalt spildevand og samtidig forbedre effektiviteten af ​​brintproduktion, en grøn energikilde. Vi forventer, at O-NFF-katalysatorer, syntetiseret fra metaller og organiske stoffer, vil bidrage til den forbedrede effektivitet af industriel elektrolyseproduktion af brint."

Flere oplysninger: Jiseon Kim et al., tilgængeligt Ni-Fe-Oxalat-rammeværk for elektrokemisk urinstofoxidation med radikalt forbedret kinetik, avancerede funktionelle materialer (2024). DOI:10.1002/adfm.202315625

Leveret af Pohang University of Science and Technology