Een nieuwe katalysatorsynthesemethode, in staat om waterstof te genereren uit gisten, de belangrijkste micro-organismen die betrokken zijn bij de fermentatie van alcohol en brood, is ontwikkeld. Het nieuwe systeem kan water efficiënt ontleden in zuurstof en waterstof, met behulp van stoffen die voorkomen in afvalgistbiomassa. Daarnaast, deze methode is goedkoop, heeft een hoog rendement, en dus wordt verwacht dat het de waterstofproductiekosten door de ontleding van water zal verminderen.

Een onderzoeksteam, onder leiding van Distinguished Professor Kwang S. Kim (National Honor Scientist of Korea) aan de School of Natural Sciences van UNIST heeft met succes een nieuwe katalysatorsynthesemethode ontwikkeld die water efficiënt kan ontleden in zuurstof en waterstof met behulp van afvalgistbiomassa. Daarnaast, door de op gist gebaseerde drager te bedekken met op ruthenium (Ru) en ijzer (Fe) gebaseerde materialen, ze ontwikkelden een nieuw katalysatormateriaal dat uitstekende prestaties vertoont bij het genereren van zowel waterstof als zuurstof.

Waterstof is de schoonste primaire energiebron op aarde. Een manier om milieuvriendelijke waterstof te produceren is door middel van elektrolyse van water. Echter, voor een dergelijke methode waren op edelmetaal gebaseerde katalysatoren nodig, zoals platina (Pt) voor de HER en Iridium (Ir) voor de OER. Echter, deze katalysatoren zijn meestal zeldzaam, duur, en minder duurzaam.

Het onderzoeksteam richtte zich op de afvalgistbiomassa, als katalysatormateriaal dat de productie van zowel zuurstof als waterstof zal verbeteren, terwijl de edelmetaalkatalysatoren worden vervangen, zoals Pt of Ir. Omdat gist een levend organisme is, het is rijk aan stoffen, zoals koolstof (C), fosfor (P), zwavel (S), en stikstof (N), zelfs wanneer opgebruikt en weggegooid.

Dergelijke materialen kunnen een toename van de elektrische geleidbaarheid hebben, evenals praktische bijeenkomsten die andere materialen kunnen bevatten om te helpen bij het fixeren van metaaldeeltjes. Deze eigenschap heeft de potentie om een ​​goede katalysator te zijn, eventueel.

In de studie, het onderzoeksteam heeft twee katalysatoren ontwikkeld die de aanmaak van zowel waterstof als zuurstof bevorderen, met behulp van afvalgist als katalysatordrager. Ze rapporteerden waterstof- en zuurstofproductie in 1 M kaliumhydroxide met behulp van enkele ruthenium-atomen (RuSA's) samen met Ru-nanodeeltjes (RuNP's) ingebed in MHC (RuSAs + RuNPs@MHC) als een kathode en magnetiet (Fe ₃ O ₄ ) ondersteund op MHC (Fe ₃ O ₄ @MHC) als anode. De RuSAs + RuNPs@MHC-katalysator presteert beter dan de state-of-the-art commerciële platina-op-koolstofkatalysator voor waterstofontwikkelingsreactie in termen van overpotentiaal, wisselstroomdichtheid, Tafelhelling en duurzaamheid. Verder, vergeleken met industrieel aanvaarde katalysatoren (dat wil zeggen, iridiumoxide), de Fe ₃ O ₄ @MHC-katalysator vertoont een uitstekende reactie-activiteit van de zuurstofontwikkeling.

Het onderzoeksteam merkte op, "Voor het splitsen van het hele water, het vereist een zonnespanning van 1,74 V om ~  30 mA aan te drijven, samen met opmerkelijke stabiliteit op lange termijn in de aanwezigheid (12 h) en afwezigheid (58 h) van blootstelling aan zonlicht buitenshuis, als een veelbelovende strategie voor een duurzame energieontwikkeling."

"Van biomassa afgeleide gistmaterialen kunnen helpen bij het ontwikkelen van efficiënte, milieuvriendelijke en economische katalysatoren om de duurzaamheid van waterstofproductie te verbeteren, ", zegt Distinguished Professor Kim. "Vergeleken met kolen en olie, afvalgist is milieuvriendelijk, goedkoop, en gemakkelijk beschikbare biomassa, en de resultaten van de studie suggereren een nieuwe toepassing van afvalgistbiomassa."

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Natuur Duurzaamheid .