Onderzoekers van NCCR MARVEL hebben een zelfherstellende katalysator ontdekt die kan worden gebruikt om waterstof vrij te maken door de hydrolytische dehydrogenering van ammoniakboraan. De katalysator, SION-X, is gebaseerd op het overvloedige mineraal Jacquesdietrichiet, is duurzaam, luchtstabiel en kan gemakkelijk worden geregenereerd, opgeslagen en verwerkt. Deze eigenschappen betekenen dat het aanzienlijke voordelen kan bieden ten opzichte van bestaande katalysatoren die worden gebruikt bij de productie van de schone en hernieuwbare energiedrager waterstof. Het onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry A .

Waterstof (H ₂ ) is een schone en hernieuwbare energiedrager en wordt beschouwd als een ideale kandidaat voor toekomstige mobiele en stationaire toepassingen. Grootschalig gebruik vereist veilige en efficiënte opslag en vrijgave van H ₂ , echter, en dit blijft een uitdaging ondanks onderzoek naar meerdere systemen voor waterstofopslag.

In recente jaren, sommige onderzoeken hebben zich gericht op op boor-stikstof gebaseerde (B-N) hydrideverbindingen omdat ze in staat zijn aanzienlijke hoeveelheden H op te slaan en af ​​te geven ₂ . Van de verbindingen, de makkelijkste, ammoniakboraan (AB), is bijzonder veelbelovend omdat het geen last heeft van zelfhydrolyse in water, het heeft een hoge H ₂ inhoud, laag moleculair gewicht, is niet-toxisch en heeft een bijzonder hoge stabiliteit in zowel waterige oplossingen als lucht - het heeft een groot potentieel voor toepassingen aan boord in transport.

Hydrolyse bij kamertemperatuur is de meest goedaardige en efficiënte methode gebleken om waterstof vrij te maken uit AB, waardoor het gebruik van verhoogde temperaturen of andere giftige en dure oplosmiddelen wordt voorkomen. Vaak is echter een katalysator nodig om de hydrolyse van AB aan te drijven. En hoewel er een reeks katalysatoren bestaat die waterstof efficiënt uit AB kunnen vrijmaken, ze hebben een aantal nadelen. Die op basis van edele metalen zijn duur, niet duurzaam, en onpraktisch voor grootschalige toepassingen. Niet-edelmetalen katalysatoren zijn luchtgevoelig en kunnen gemakkelijk worden geoxideerd en vereisen daarom speciale behandeling en opslag, en kan moeilijk te regenereren zijn. Daar bovenop, katalytische activiteit is gedeeltelijk verminderd of zelfs volledig uitgeschakeld na enkele cycli van de reactie, als, bijvoorbeeld, in het geval van aardrijke overgangsmetalen.

Deze nadelen motiveerden de onderzoekers, geleid door Dr. Kyriakos C. Stylianou van EPFL en NCCR MARVEL, om betere katalysatoren te vinden. Ideale kandidaten moeten gebaseerd zijn op overvloedige elementen, lucht stabiel, en gemakkelijk geregenereerd, opgeslagen en verwerkt. Van al deze sterke punten, de onderzoekers beschouwden regeneratie, of zelfgenezing - het vermogen van de katalysator om zichzelf spontaan te herstellen tijdens normale operaties - het meest aantrekkelijk te zijn. Inderdaad, het is van cruciaal belang voor praktische toepassingen omdat de stabiliteit van de katalysator rechtstreeks verband houdt met zijn economische levensvatbaarheid.

hun roman, zelfherstellende duurzame katalysator, beschreven in het artikel Discovery of a Self-healing Catalyst for the Hydrolytic Dehydrogenation of Ammonia Borane, lijkt mee te vallen. De katalysator, genaamd SION-X, is de synthetische vorm van de Jacquesdietrichiet (Cu ₂ [(BO)(OH) 2](OH) ₃ ), een mineraal dat voor het eerst werd gevonden in de Tachgagalt-mijn in Marokko in 1999. De wetenschappers verkregen het voor het eerst als een blauw poeder nadat ze het residu van de reactie tussen een op koper gebaseerd metaal-organisch raamwerk (MOF) en AB aan de open lucht hadden blootgesteld. Toen ze SION-X gebruikten bij de hydrolyse van AB, ze verkregen meer dan 90% omzetting van H ₂ in ongeveer 45 minuten. Tijdens het proces, het veranderde in koper(0) nanodeeltjes. Toen het reactiemengsel vervolgens werd blootgesteld aan lucht, het blauwe poeder van SION-X was zelfgenezend en hervormd uit koper(0) nanodeeltjes. Ze waren in staat om 10 cycli van katalyse-regeneratie uit te voeren waarbij de activiteit van SION-X onveranderd bleef.

Dit zelfgenezingsproces, waarin de katalysator zijn structurele integriteit in open lucht herstelde zonder warmte toe te passen, druk of elektrische voorspanning, is enorm belangrijk voor het verlengen van de levensduur van de katalysator en maakt SION-X een goede kandidaat voor gebruik bij grootschalige hydrolytische dehydrogenering van AB.

"De zelfherstellende katalyse van SION-X in afwezigheid van extra energie-input geeft een nieuw perspectief in heterogene katalyse voor energiegerelateerde toepassingen, ', aldus de onderzoekers.