Natuurkundigen van de Universiteit van Houston hebben een katalysator ontdekt die water kan splitsen in waterstof en zuurstof. samengesteld uit gemakkelijk verkrijgbare, goedkope materialen en veel efficiënter werken dan eerdere katalysatoren.

Dat zou een van de belangrijkste hindernissen oplossen die nog bestaan ​​bij het gebruik van water om waterstof te produceren. een van de meest veelbelovende bronnen van schone energie.

"Waterstof is de schoonste primaire energiebron die we op aarde hebben, " zei Paul C.W. Chu, TLL Temple Chair of Science en stichtend directeur en hoofdwetenschapper van het Texas Center for Superconductivity aan de UH. "Water zou de meest voorkomende bron van waterstof kunnen zijn als je de waterstof met behulp van een katalysator zou kunnen scheiden van zijn sterke binding met zuurstof in het water."

Chu en collega's, waaronder natuurkundigen Zhifeng Ren en Shuo Chen, beiden zijn tevens hoofdonderzoekers bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH, rapporteren hun ontdekking - een efficiënte katalysator geproduceerd zonder de dure edelmetalen die het meest worden gebruikt - deze week in de Proceedings van de Natural Academy of Sciences .

Andere onderzoekers die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer de postdoctorale onderzoekers Haiqing Zhou en Fang Yu, en afgestudeerde studenten Jingying Sun en Ran He.

De katalysator, samengesteld uit ferrometafosfaat gegroeid op een geleidend nikkelschuimplatform, is veel efficiënter dan eerdere katalysatoren, evenals minder duur om te produceren.

"Qua kosten, het is veel lager en qua prestaties, veel beter, " zei Zhifeng Ren, M.D. Anderson, hoogleraar natuurkunde en hoofdauteur van de krant. De katalysator is ook duurzaam, meer dan 20 uur en 10, 000 cycli tijdens het testen.

"Sommige katalysatoren zijn uitstekend, maar zijn slechts één of twee uur stabiel, ' zei Ren. 'Dat heeft geen zin.'

Hoewel het in theorie eenvoudig is, het splitsen van water in waterstof en zuurstof is een complex proces, waarvoor twee afzonderlijke reacties nodig zijn - een waterstofontwikkelingsreactie en een zuurstofontwikkelingsreactie, die elk een aparte elektrode nodig hebben. Hoewel waterstof de meest waardevolle component is, het kan niet worden geproduceerd zonder ook zuurstof te produceren. En hoewel efficiënte waterstofkatalysatoren beschikbaar zijn, Ren zei dat het ontbreken van een goedkope en efficiënte zuurstofkatalysator een knelpunt in het veld heeft gecreëerd.

Waterstof heeft een aantal voordelen. "Waterstof (H2) geproduceerd uit watersplitsing door een elektrochemisch proces, waterelektrolyse genoemd, is beschouwd als een schone en duurzame energiebron om fossiele brandstoffen te vervangen en te voldoen aan de stijgende wereldwijde vraag naar energie, aangezien water zowel het enige uitgangsmateriaal als het enige bijproduct is wanneer schone energie wordt geproduceerd door H2 weer om te zetten in water, ’ schreven de onderzoekers.

En in tegenstelling tot zonne-energie, windenergie en andere "schone" energie, waterstof kan gemakkelijk worden opgeslagen.

Momenteel, de meeste waterstof wordt geproduceerd door reforming van methaan met stoom en kolenvergassing; deze methoden verhogen de ecologische voetafdruk van de brandstof, ondanks het feit dat het schoon brandt.

Chen zei dat zuurstofontwikkelingsreacties vaak afhankelijk zijn van een elektrokatalysator die een "edel metaal" gebruikt - iridium, platina of ruthenium. Maar die zijn duur en niet gemakkelijk verkrijgbaar.

"In dit werk, we ontdekten een zeer actieve en stabiele elektrokatalysator op basis van aarde-overvloedige elementen, die zelfs beter presteert dan de op edele metalen gebaseerde, " zei ze. "Onze ontdekking kan leiden tot een meer economische benadering voor waterstofproductie uit waterelektrolyse."

Watersplitsing kan worden geactiveerd door elektrische stroom of door fotokatalyse, gebruikmakend van de kracht van de zon. Directe watersplitsing op zonne-energie is te inefficiënt, omdat water slechts een klein deel van het lichtspectrum kan absorberen. Ideaal, Ren zei, zonne-energie zou worden gebruikt om de elektrische energie op te wekken die wordt gebruikt om water te splitsen.