Onderzoekers van de Ruhr Universiteit Bochum (RUB) en de Universiteit van Warwick konden met het synthetische mineraal pentlandiet de kleinste details van de waterstofproductie waarnemen. Dit maakt het mogelijk om strategieën te ontwikkelen voor het ontwerp van robuuste en kosteneffectieve katalysatoren voor waterstofproductie. De werkgroepen van Prof. Wolfgang Schuhmann en Dr. Ulf-Peter Apfel van de RUB en het team onder leiding van Prof. Patrick R. Unwin van de Universiteit van Warwick publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Waterstofgas wordt beschouwd als een mogelijke toekomstige energiebron en kan worden geproduceerd uit water met behulp van platinakatalysatoren en elektriciteit. Echter, onderzoekers zoeken naar alternatieve katalysatoren gemaakt van goedkopere en gemakkelijker verkrijgbare materialen met een even hoog rendement. Er zijn een aantal materialen die zoals platina, kunnen de reactie van water in waterstof katalyseren. "Deze omvatten metaalchalcogeniden zoals het mineraal pentlandiet, dat net zo efficiënt is als platina en ook aanzienlijk stabieler is tegen katalysatorvergiften zoals zwavel, " legt Ulf-Peter Apfel uit. Pentlandiet bestaat uit ijzer, nikkel en zwavel. De structuur is vergelijkbaar met die van de katalytische centra van waterstofproducerende enzymen die in verschillende bronnen worden aangetroffen, inclusief groene algen.

In de huidige studie, de onderzoekers onderzochten waterstofproductiesnelheden van kunstmatig geprepareerde kristallijne oppervlakken van het mineraal pentlandiet in een druppel vloeistof met een diameter van enkele honderden nanometers. Hiervoor gebruikten ze scanning elektrochemische celmicroscopie.

Zo konden ze duidelijk maken hoe de structuur en samenstelling van het materiaal de elektrokatalytische eigenschappen van ijzer-nikkelsulfide beïnvloeden. Zelfs de kleinste veranderingen in de verhouding tussen ijzer en nikkel door variatie van de syntheseomstandigheden of de veroudering van het materiaal veranderden de activiteit in de elektrochemische waterstofvorming aanzienlijk. "Met deze bevindingen we kunnen nu blijven werken en strategieën ontwikkelen om veel robuustere en goedkopere katalysatoren te verbeteren, ", zegt Ulf-Peter Apfel.

De onderzoekers toonden ook aan dat scanning-elektrochemische celmicroscopie het mogelijk maakt om informatie over de structuur te koppelen, samenstelling en elektrochemische activiteit van de materialen op een ruimtelijk opgeloste manier. De methode maakt het dus mogelijk om specifiek katalysatoren te ontwerpen en op deze manier zeer actieve materialen te produceren. "In de toekomst, deze methode zal daarom een ​​belangrijke rol spelen in de zoektocht naar elektrokatalytisch actieve, heterogene katalysatoren, ", zegt Wolfgang Schuhmann.