Nanopartikler åbner døren til alternativer til ren energi

(Phys.org) – Billigere renenergiteknologier kunne gøres mulige takket være en ny opdagelse. Forskergruppemedlemmer ledet af Raymond Schaak, en professor i kemi ved Penn State University, har fundet ud af, at en vigtig kemisk reaktion, der genererer brint fra vand, effektivt udløses - eller katalyseres - af en nanopartikel sammensat af nikkel og fosfor, to billige elementer, der er rigelige på Jorden. Resultaterne af forskningen vil blive offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Schaak forklarede, at formålet med nikkelphosphid-nanopartiklerne er at hjælpe med at producere brint fra vand, hvilket er en proces, der er vigtig for mange energiproduktionsteknologier, herunder brændselsceller og solceller. "Vand er et ideelt brændstof, fordi det er billigt og rigeligt, men vi skal være i stand til at udvinde brint fra det, " sagde Schaak. Brint har en høj energitæthed og er en stor energibærer, Schaak forklarede, men det kræver energi at producere. For at gøre produktionen praktisk, forskere har ledt efter en måde at udløse de nødvendige kemiske reaktioner med en billig katalysator. Schaak bemærkede, at denne bedrift er opnået meget godt af platin, men, fordi platin er dyrt og relativt sjældent, han og hans team har ledt efter alternative materialer. "Der var nogle forudsigelser om, at nikkelphosphid kunne være en god kandidat, og vi havde allerede arbejdet med nikkel phosphid nanopartikler i flere år, " sagde Schaak. "Det viser sig, at nanopartikler af nikkelphosphid faktisk er aktive til at producere brint og er sammenlignelige med de bedst kendte alternativer til platin."

For at skabe nikkel phosphid nanopartikler, teammedlemmer begyndte med metalsalte, der er kommercielt tilgængelige. De opløste derefter disse salte i opløsningsmidler, tilsat andre kemiske ingredienser, og opvarmede opløsningen for at tillade nanopartiklerne at dannes. Forskerne var i stand til at skabe en nanopartikel, der var kvasi-sfærisk - ikke en perfekt kugle, men kugleformet med mange flade, udsatte kanter. "Den lille størrelse af nanopartiklerne skaber et stort overfladeareal, og de blottede kanter betyder, at et stort antal steder er tilgængelige for at katalysere den kemiske reaktion, der producerer brint, " forklarede Schaak.

Det næste trin var for teammedlemmer på California Institute of Technology at teste nanopartiklernes ydeevne til at katalysere de nødvendige kemiske reaktioner. Anført af Nathan S. Lewis, George L. Argyros professor i kemi ved California Institute of Technology, forskerne udførte disse tests ved at placere nanopartiklerne på et ark titaniumfolie og nedsænke det ark i en opløsning af svovlsyre. Næste, forskerne anvendte en spænding og målte den producerede strøm. De fandt ud af, at ikke kun skete de kemiske reaktioner, som de havde håbet, de foregik også med en høj grad af effektivitet.

"Nanopartikelteknologi er allerede begyndt at åbne døren til billigere og renere energi, der også er effektiv og nyttig, Schaak sagde. "Målet nu er at forbedre ydeevnen af ​​disse nanopartikler yderligere og at forstå, hvad der får dem til at fungere, som de gør. Også, vores teammedlemmer tror på, at vores succes med nikkelphosphid kan bane vejen mod opdagelsen af ​​andre nye katalysatorer, som også består af jordrige materialer. Indsigt fra denne opdagelse kan føre til endnu bedre katalysatorer i fremtiden."