De vraag naar milieuvriendelijke brandstofbronnen neemt toe naarmate het doel om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen algemeen wordt erkend. Waterstof is een mogelijke duurzame brandstofbron wanneer het wordt geproduceerd uit water en wordt verbrand met zuurstof, omdat alleen water als bijproduct vrijkomt. De oxidatie van waterstof om energie en water vrij te maken met behulp van brandstofcellen die katalysatoren bevatten, wordt intensief onderzocht. Echter, katalysatoren die bij waterstofoxidatie worden gebruikt, lijden over het algemeen aan vergiftiging door koolmonoxide, die aanwezig is als een verontreiniging in commercieel waterstofgas. Dus, het vermogen om zowel waterstof als koolmonoxide in hetzelfde reactiesysteem te oxideren is een aantrekkelijk vooruitzicht om katalysatorvergiftiging te voorkomen en de efficiëntie van de energieproductie uit waterstof te verhogen.

Een samenwerking onder leiding van Kyushu University heeft onlangs een katalysator ontwikkeld die zowel waterstof als koolmonoxide kan oxideren, afhankelijk van de pH van het reactiesysteem. De katalysator bootst het gedrag van twee enzymen na:hydrogenase in zure media (pH 4-7) en koolmonoxidedehydrogenase in basische media (pH 7-10). De katalysator is een in water oplosbaar complex dat nikkel- en iridiummetaalatomen bevat met een unieke "vlinder"-structuur. De onderzoekers onderzochten het vermogen van hun katalysator om waterstof en koolmonoxide te oxideren in een 1:1-mengsel. belangrijk, ze waren in staat om verschillende tussenproducten in de oxidatieprocessen te isoleren om de mechanismen van waterstof- en koolmonoxide-oxidatie door de katalysator te bevestigen.

"We ontdekten dat de katalysator reageerde met waterstof om een ​​hydridecomplex te vormen onder zure omstandigheden, " zegt eerste auteur professor Seiji Ogo, Faculteit Ingenieurswetenschappen / International Institute for Carbon-Neutral Energy Research (WPI-I2CNER), Kyushu-universiteit. "In aanvulling, de katalysator gemakkelijk gecoördineerd met koolmonoxide, die onder basische omstandigheden werd geoxideerd tot koolstofdioxide."

Het team onderzocht vervolgens de weerstand van hun katalysator tegen vergiftiging door koolmonoxide in een prototype brandstofcel met behulp van voedingsgassen van waterstof, koolmonoxide, en een 1:1 mengsel van de twee. De vermogensdichtheid van de brandstofcel die de katalysator bevat, hing af van de systeem-pH en de samenstelling van het voedingsgas. Oxidatie van waterstof door de katalysator werd vergemakkelijkt bij lage pH (zure omstandigheden) en oxidatie van koolmonoxide was sneller bij hoge pH (basische omstandigheden); deze trends komen goed overeen met het gedrag dat is waargenomen voor de verwante enzymen.

"Het vermogen van onze katalysator om zowel waterstof als koolmonoxide als energiebronnen te gebruiken, vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang in waterstoftechnologie, " legt Ogo uit.

Verwacht wordt dat katalysatoren voor waterstofoxidatie die bestand zijn tegen koolmonoxidevergiftiging de ontwikkeling van waterstofbrandstofcellen met verbeterde prestaties mogelijk zullen maken, een nieuwe stap op weg naar het uiteindelijke doel van een duurzame samenleving.