elektrolyse, het splitsen van watermoleculen met elektriciteit, is de schoonste manier om waterstof te verkrijgen, een schone en hernieuwbare brandstof. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van ICIQ en URV, onder leiding van prof. José Ramón Galán-Mascarós, hebben een nieuwe katalysator ontworpen die de kosten van de productie van elektrolytische waterstof verlaagt. Katalysatoren verminderen de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om de chemische bindingen te verbreken, versnelt de reactie en minimaliseert energieverspilling.

"Normaal gesproken, waterstof wordt verkregen door gebruik te maken van een goedkoop proces dat stoomreforming wordt genoemd. Maar dit is geen schone waterstof - dit proces gebruikt aardgas en produceert kooldioxide en andere verontreinigingen. " zegt Galán-Mascarós. "Het breken van het watermolecuul is schoner, maar het is niet gemakkelijk. We moeten goedkope, efficiënte katalysatoren waarmee we waterstof kunnen verkrijgen tegen een concurrerende prijs, "zegt hij. Tot op heden, de beste katalysatoren zijn gebaseerd op iridiumoxiden, maar iridium is een zeer duur en schaars edelmetaal.

Chemici van ICIQ en URV ontdekten een verbinding gemaakt van kobalt en een polyoxometalaat genaamd, dat de watersplitsing beter kan katalyseren dan iridium. "Polyxometalaten zijn nanometrische moleculaire oxiden die het beste van twee werelden combineren:de activiteit van oxiden en de veelzijdigheid van moleculen, " legt Marta Blasco-Ahicart uit, postdoctoraal onderzoeker bij ICIQ en eerste auteur van de Natuurchemie papier. "Onze polyoxometalaten zijn veel goedkoper dan iridium en stellen ons in staat om in zure media te werken, de optimale media om zuurstof te genereren, normaal gesproken een nadeel voor katalysatoren, die gewoonlijk door het zuur worden geconsumeerd, ", zegt Blasco-Ahicart.

Joaquin Soriano, co-auteur van het artikel en momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan het Trinity College in Dublin, zegt, "Onze katalysatoren werken vooral goed als we met lage spanningen werken. Dat lijkt misschien een nadeel, maar is eigenlijk een voordeel. Het bespaart elektriciteit en stelt ons binnenkort in staat om de energie die nodig is voor het splitsen van water uit hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen te halen."

De onderzoekers presenteren een aanvullende ontdekking. Wanneer de katalysatoren worden ondersteund in een gedeeltelijk hydrofoob materiaal, de efficiëntie van het proces verbetert. Hierdoor ontstaat een "waterdichte" reactor waarin de elektrolyse sneller verloopt, en verlengt ook de levensduur van katalysatoren. De nieuwe methode verbetert niet alleen de prestaties van de nieuwe kobalt-wolfraampolyoxometalaten, maar ook veel andere katalytische systemen. Momenteel, onderzoekers onderzoeken nieuwe manieren om te profiteren van deze bevinding, ontwikkeling van nieuwe hydrofobe steigers om de efficiëntie van watersplitsing verder te vergroten, een fundamentele stap in de richting van de evolutie van kunstmatige fotosynthese.