Elektrolytische waterstofproductie aangedreven door hernieuwbare energie wordt gezien als een milieuvriendelijk middel om de mondiale klimaat- en energieproblemen te verbeteren. In het journaal Angewandte Chemie , een onderzoeksteam heeft nu een nieuw en goedkoop materiaal voor elektroden geïntroduceerd dat kan zorgen voor zeer efficiënte, energiebesparende waterstofproductie:poreus, gefosforiseerde CoNi ₂ S ₄ dooierschaal nanosferen.

Beide halfreacties van waterelektrolyse - waterstof- en zuurstofontwikkeling - zijn helaas traag en vereisen veel kracht. Katalytisch effectieve elektroden, met name die op basis van edele metalen, kunnen de elektrochemische processen versnellen en hun energie-efficiëntie verbeteren. Echter, hun grootschalig gebruik wordt belemmerd door hoge kosten, beperkte overvloed, en lage stabiliteit. Alternatieven gebaseerd op overvloedige, goedkope metalen werken meestal niet bevredigend voor beide halfreacties.

Een team onder leiding van Shuyan Gao (Henan Normal University, China) en Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Technological University, Singapore) heeft nu een roman ontwikkeld, goedkoop, multifunctioneel elektrodemateriaal op basis van kobalt (Co) en nikkel (Ni) voor efficiënte elektrokatalytische waterstofproductie. Om het materiaal te maken, nanosferen gemaakt van kobalt-nikkel-glyceraat worden onderworpen aan gecombineerde hydrothermische sulfidatie en fosforisatie in de gasfase. Dit vormt objecten die dooierschaal-nanodeeltjes worden genoemd, gemaakt van met fosfor gedoteerd kobalt-nikkel-sulfide (P-CoNi ₂ S ₄ ). Dit zijn kleine bolletjes met een compacte kern en een poreuze schaal met een ruimte ertussen - net als een ei waarvan de dooier is omgeven door het eiwit en dus de schaal niet raakt.

Fosfordoping verhoogt het aandeel Ni ³⁺ ten opzichte van Ni ²⁺ in de holle deeltjes en zorgt voor een snellere ladingsoverdracht, waardoor de elektrokatalytische reacties sneller verlopen. Het materiaal kan als anode of kathode worden gebruikt, en vertoont een hoge activiteit en stabiliteit bij de productie van waterstof en zuurstof bij de elektrolyse van water.

Om de totale spanning van de elektrolysecel te verminderen, Ook hybride elektrolyseconcepten worden onderzocht. Bijvoorbeeld, in plaats van gekoppeld te zijn aan de productie van zuurstof, waterstofproductie kan worden gekoppeld aan de oxidatie van ureum, wat beduidend minder energie kost. Bronnen van ureum kunnen zowel afvalstromen van industriële syntheses als sanitair afvalwater zijn. Ook voor deze halfreactie zijn de nieuwe nanodeeltjes heel goed bruikbaar.

Zowel water- als ureumelektrolyse vereisen een relatief lage celspanning (1.544 V of 1.402 V, respectievelijk, bij 10 mA cm ^–2 meer dan 100 uur). Dit maakt de nieuwe bimetalen dooierschaaldeeltjes superieur aan de meeste bekende nikkel-sulfide- en zelfs op edelmetaal gebaseerde elektrokatalysatoren. Ze presenteren een veelbelovende aanpak voor elektrochemische waterstofproductie, evenals voor de behandeling van ureumhoudend afvalwater.