UNSW Sydney-chemici hebben een nieuwe, goedkope katalysator voor het splitsen van water met een elektrische stroom om efficiënt schone waterstofbrandstof te produceren.

De technologie is gebaseerd op het maken van ultradunne plakjes van poreuze metaal-organische complexe materialen gecoat op een schuimelektrode, waarvan de onderzoekers onverwacht hebben aangetoond dat het zeer goed geleidend is voor elektriciteit en actief is voor het splitsen van water.

"Het splitsen van water vereist meestal twee verschillende katalysatoren, maar onze katalysator kan beide reacties aandrijven die nodig zijn om water in zijn twee bestanddelen te scheiden, zuurstof en waterstof, ', zegt studieleider universitair hoofddocent Chuan Zhao.

"Onze fabricagemethode is eenvoudig en universeel, zodat we het kunnen aanpassen om ultradunne nanosheet-arrays van verschillende van deze materialen te produceren, metaal-organische raamwerken genoemd.

"Vergeleken met andere watersplitsende elektrokatalysatoren die tot nu toe zijn gerapporteerd, onze katalysator behoort ook tot de meest efficiënte, " hij zegt.

Het UNSW-onderzoek door Zhao, Dr. Sheng Chen en Dr. Jingjing Duan zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Waterstof is een zeer goede drager voor hernieuwbare energie omdat het overvloedig aanwezig is, genereert nul uitstoot, en is veel gemakkelijker op te slaan dan andere energiebronnen, zoals zonne- of windenergie.

Maar de kosten om het te produceren door elektriciteit te gebruiken om water te splitsen, zijn hoog, omdat de meest efficiënte katalysatoren die tot nu toe zijn ontwikkeld vaak gemaakt zijn met edele metalen, zoals platina, ruthenium en iridium.

De bij UNSW ontwikkelde katalysatoren zijn gemaakt van overvloedige, niet-edele metalen zoals nikkel, ijzer en koper. Ze behoren tot een familie van veelzijdige poreuze materialen die metalen organische raamwerken worden genoemd, die een breed scala aan andere potentiële toepassingen hebben.

Tot nu, metaal-organische raamwerken werden beschouwd als slechte geleiders en niet erg bruikbaar voor elektrochemische reacties. conventioneel, ze zijn gemaakt in de vorm van bulkpoeders, met hun katalytische plaatsen diep ingebed in de poriën van het materiaal, waar het water moeilijk te bereiken is.

Door nanometer dikke arrays van metaal-organische raamwerken te creëren, Zhao's team was in staat om de poriën bloot te leggen en het oppervlak voor elektrisch contact met het water te vergroten.

"Met nano-engineering, we hebben een unieke metaal-organische raamstructuur gemaakt die de grote problemen van geleidbaarheid oplost, en toegang tot actieve sites, ' zegt Zhao.

"Het is baanbrekend. We hebben kunnen aantonen dat metaal-organische raamwerken zeer geleidend kunnen zijn, het uitdagen van het algemene concept van deze materialen als inerte elektrokatalysatoren."

Metaal-organische raamwerken hebben potentieel voor een groot aantal toepassingen, inclusief brandstofopslag, medicijnafgifte, en koolstofafvang. De demonstratie van het UNSW-team dat ze ook zeer geleidend kunnen zijn, introduceert een groot aantal nieuwe toepassingen voor deze klasse van materialen die verder gaan dan elektrokatalyse.