Chemici van het Centrum voor Elektrochemische Wetenschappen van de Ruhr-Universität Bochum hebben een katalysator met zelfherstellende eigenschappen ontwikkeld. Onder de uitdagende omstandigheden van waterelektrolyse voor waterstofproductie, het katalysatormateriaal regenereert zichzelf, zolang de hiervoor benodigde componenten in de elektrolytoplossing aanwezig zijn. Een team met Stefan Barwe, Prof. dr. Wolfgang Schuhmann en dr. Edgar Ventosa van de Bochum-leerstoel Analytical Chemistry rapporteren hierover in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie . Het werk vond plaats als onderdeel van het excellentiecluster Resolv.

Waterstof wordt beschouwd als de energiebron van de toekomst. Echter, het vinden van stabiele en efficiënte katalysatoren om het te synthetiseren is een uitdaging. Deze synthese vindt plaats met behulp van waterelektrolyse, met waterstof gecreëerd aan de ene elektrode en zuurstof aan de andere. De elektroden zijn bedekt met een katalysatorfilm, die tijdens de reactie wordt aangevallen en minder effectief wordt.

Katalysatoroppervlak vormt zich vanzelf

In een haalbaarheidsstudie de chemici van Bochum demonstreerden een nieuwe manier om een ​​zeer stabiele katalysatorfilm te creëren. Ze voegden katalysator-nanodeeltjes in de vorm van een poeder toe aan de oplossing, die de elektroden omringt. De deeltjes die door de elektrodekamers worden gepompt, botsen met het elektrodeoppervlak; daar, een deeltjesfilm vormt zich op basis van elektrostatische aantrekkingskrachten. Op de anode worden deeltjes met een positief geladen oppervlak afgezet en op de kathode deeltjes met een negatief geladen oppervlak. De katalysatorfilm vormt zich dus vanzelf.

Via hetzelfde mechanisme het katalysatoroppervlak geregenereerd tijdens de reactie. Nieuwe nanodeeltjes uit de oplossing verplaatsten zich naar de elektroden, waar ze de versleten katalysatorfilm hebben opgefrist. Dit zelfherstellende effect hield aan zolang er katalysatordeeltjes in de oplossing aanwezig waren.

Stabiel voor meerdere dagen

De onderzoekers werkten met nikkelelektroden. Ze testten twee verschillende katalysatorpoeders voor de twee elektroden, een op nikkel gebaseerd materiaal en een op kobalt gebaseerd materiaal. Alle katalysatormaterialen vormden een film van enkele micrometers dik op de elektroden, zoals elektronenmicroscopische vangsten bevestigd. Uit de metingen bleek ook dat er functionele systemen ontstonden die gedurende meerdere dagen op stabiele wijze waterstof produceerden.

In vervolgonderzoeken de chemici willen nu de invloed van deeltjesvorm en -grootte en de invloed van de elektrolytoplossing op de efficiëntie en stabiliteit van de katalysatoren nader onderzoeken.