Ny økonomisk vandspaltningskatalysator, Ru@C2N

UNIST-forskere har udviklet en spændende ny katalysator, der kan spalte vand til brint næsten lige så godt som platin, men billigere og findes ofte på Jorden.

Som beskrevet i journalen Natur nanoteknologi , dette ruthenium (Ru)-baserede materiale virker næsten lige så effektivt som platin og viser sandsynligvis den højeste katalytiske ydeevne uden at blive påvirket af vandets pH.

Forskerholdet, ledet af professor Jong-Beom Baek fra Energy and Chemical Engineering ved UNIST har syntetiseret Ru og C2N, en todimensionel organisk struktur, for at verificere dens ydeevne som en vandspaltningskatalysator. Ved hjælp af denne nye katalysator, med titlen Ru@C2N er det nu muligt at producere brint effektivt.

Teknologien til at producere brint fra vand kræver en god katalysator for kommerciel konkurrenceevne. Disse vandspaltede katalysatorer skal udvise høj hydrogenomdannelseseffektivitet og fremragende holdbarhed, fungerer godt under lavspænding, og skal være økonomisk.

De Pt-baserede katalysatorer, der anvendes i hydrogengenereringsreaktionen, er meget dyre ædelmetaller, resulterer i ekstra omkostninger og vanskeligheder med masseproduktion. De er også mindre stabile i et alkalisk miljø.

En løsning, mange forskere foreslår, var at bygge katalysatorer lavet af billige, ikke-ædle metaller. Imidlertid, fordi disse materialer korroderer hurtigt under sure forhold og fungerer ved meget høje spændinger, produktiviteten var begrænset.

Ru@C?N, udviklet af Professor Baek er et højtydende materiale, der opfylder alle fire kommercielle konkurrenceevner for vandopdelingskatalysatorer.

Dette materiale udviser høj omsætningsfrekvens (TOF) så høj som Pt og kan drives på lavspændingsforsyning. Ud over, det påvirkes ikke af vandets pH og kan bruges i ethvert miljø.

Synteseprocessen af ​​Ru@C2N er enkel. Professor Baek og hans kolleger blandede simpelthen rutheniumsaltet (RuCl3) med monomererne, som danner den porøse todimensionelle organiske struktur, C2N. Ru@C2N-katalysatoren fremstilles derefter efter at have gennemgået reduktions- og varmebehandlingsprocesser.

Forskerne brugte den samme proces til at bygge M@C?N (M =Co, Ni, Pd, Pt) katalysatorer, ved hjælp af kobolt (Co), nikkel (Ni), bly (Pb) og platin (Pt). Når man sammenligner deres effektivitet af brintproduktion, Ru@C2N-katalysatoren udviste den højeste katalytiske ydeevne ved den laveste overspænding, samt overlegen katalytisk aktivitet.

"Vores undersøgelse foreslår ikke kun nye retninger inden for materialevidenskab, men præsenterer også en bred vifte af muligheder fra grundlæggende til anvendt videnskab, " siger professor Baek. "Dette materiale forventes at tiltrække opmærksomhed på mange områder takket være dets videnskabelige potentiale."