Een nieuwe met molybdeen gecoate katalysator die water efficiënt kan splitsen in zure elektrolyten, is ontwikkeld door onderzoekers van KAUST en kan helpen bij de efficiënte productie van waterstof.

Wanneer verbrand, waterstof wordt omgezet in water en warmte om een ​​volledig schone energiebron te maken. Dus, in de zoektocht naar groenere stroom, er is dringend behoefte aan een duurzame en efficiënte manier om het te produceren. Een manier is om water te splitsen met behulp van een proces dat bekend staat als fotokatalytische waterstofevolutie:watermoleculen worden gesplitst in waterstof en zuurstof waarbij alleen zonlicht wordt gebruikt om de benodigde energie te leveren. In deze betekenis, waterstof fungeert als een middel om zonne-energie op te slaan.

Wetenschappers zoeken naar manieren om deze watersplitsingsreactie te verbeteren door een optimale katalysator te ontwikkelen. Hoewel er veel verschillende materialen zijn geprobeerd, ze worden meestal negatief beïnvloed door de zuurstof die tijdens het proces ook ontstaat naast de waterstof. De twee gasvormige producten kunnen gemakkelijk weer recombineren tot water als gevolg van omgekeerde watervormende reacties, de productie van waterstof belemmeren.

Angel Garcia-Esparza en Tatsuya Shinagawa - twee voormalige KAUST Ph.D. studenten als vooraanstaande onderzoekers onder supervisie van universitair hoofddocent Chemische Wetenschappen Kazuhiro Takanabe - werkten samen met andere collega's van het Catalysis Center en andere specialisten aan de universiteit om een ​​waterstofevolutiereactiekatalysator te creëren die zowel zuurtolerant is als selectief de waterhervormingsreactie voorkomt1 .

"De ontwikkeling van zuurtolerante katalysatoren is een belangrijke uitdaging omdat de meeste materialen niet stabiel zijn en snel degraderen in de zure omstandigheden die gunstig zijn voor het genereren van waterstof, ', zegt Garcia-Esparza.

Omdat de zuurgraad van de oplossing cruciaal was voor de stabiliteit van het materiaal, het team nam de tijd om de optimale pH-waarde tussen 1,1 en 4,9 vast te stellen. Vervolgens elektro-gecoat molybdeen op een standaard platina-elektrodekatalysator in een mild zure oplossing.

Vergelijking van de prestaties van de fotokatalysator met en zonder de molybdeencoating, het team toonde aan dat zonder molybdeen de snelheid van waterstofproductie uiteindelijk een plateau bereikte na 10 uur gebruik onder belichting met ultraviolet licht. Echter, de introductie van molybdeen verhinderde deze prestatiedaling. De onderzoekers denken dat dit komt doordat het molybdeen werkt als een gasmembraan, voorkomen dat zuurstof het platina bereikt en de katalytische werking ervan verstoren.

"De grootste uitdaging voor de meeste katalysatoren is de stabiliteit van de materialen op lange termijn", legt Garcia-Esparza uit. "Het is dus een belangrijke stap om een ​​zuurbestendig materiaal te hebben dat in staat is om de watervormende terugreactie te voorkomen die de watersplitsing vertraagt."

"Hoe dan ook, we zijn nog verre van een commercieel apparaat en er moet nog meer worden gedaan, ' zei Garcia-Esparza.