Duurzame productie van brandstof en chemicaliën wordt bijna een praktische realiteit nadat KAUST-onderzoekers een edelmetaalvrije elektrochemische hydride-overdrachtskatalysator analyseerden en ontdekten dat molybdeen de centrale rol speelde.

Platina is al lang de voorkeurskatalysator voor elektrochemische hydrideoverdracht, een veelzijdig chemisch proces voor het produceren van waardevolle chemicaliën of koolstofvrije brandstoffen. Als dit elektrochemische proces zou worden aangedreven door hernieuwbare elektriciteit, zou het een duurzamere samenleving mogelijk kunnen maken. Platina is echter een zeldzaam en duur edelmetaal, waardoor het gebruik van deze technologie aanzienlijk wordt beperkt.

Een veel overvloediger en goedkoper metaal, molybdeen, zou mogelijk de plaats van platina in het proces kunnen innemen, hebben Magnus Rueping en zijn team aangetoond.

Verschillende op molybdeen gebaseerde katalysatoren, waaronder molybdeensulfide, zijn eerder veelbelovend gebleken voor elektrokatalyse van hydrideoverdracht, maar de reden voor hun hoge activiteit was onduidelijk en vooral de rol van molybdeen bleef een mysterie. "We wilden bepalen hoe deze katalysator werkte", zegt Jeremy Bau, een onderzoekswetenschapper in het laboratorium van Rueping.

Het team paste een techniek toe die elektronenparamagnetische resonantiespectroscopie (EPR) wordt genoemd om de molybdeensulfide-elektrokatalysator in realtime in actie te bestuderen. "Onverwacht konden we het hele proces vastleggen terwijl het gebeurde", zegt Bau. "We waren in staat om de actieve toestand van de katalysator te vangen:Mo3+ionen die direct aan waterstof gebonden zijn."

De bevinding dat molybdeenionen direct deelnemen aan de hydrideoverdracht zou kunnen leiden tot verbeterde katalysatoren. "Als we een samenhangende theorie kunnen aantonen over hoe molybdeen verantwoordelijk is voor de hydride-overdrachtsactiviteit, kunnen we ons concentreren op het verbeteren van molybdeen zodat het kan concurreren met platina en ook op het ontwikkelen van nieuwe molybdeenkatalysatoren als goedkopere vervangingen voor platina", zegt Bau. /P>

Een toepassing van de katalysator zou kunnen zijn om watermoleculen elektrochemisch te splitsen om waterstofgas te produceren als een manier om hernieuwbare elektriciteit om te zetten in een opslagbare, transporteerbare brandstof. Het team toonde echter ook aan dat de katalysator een groot potentieel had om enzymbiokatalysatoren te versterken voor de productie van groene chemicaliën.

In cellen werken enzymen vaak samen met het energiedragermolecuul NADH van de natuur om reacties te katalyseren. NADH is echter onbetaalbaar voor industriële biokatalyse. Elektrochemisch gegenereerd molybdeenhydride bleek zeer effectief te zijn bij het regenereren van NADH in situ in de biochemische reactiekolf.

"We waren verrast door de efficiëntie van het proces", zegt Rueping. "Bijproducten worden vermeden en pure NADH wordt geproduceerd. Onze ontdekking verhoogt de mogelijkheid dat het lang gekoesterde doel om chemicaliën te maken door middel van enzymen kan worden mogelijk gemaakt door elektrochemie." + Verder verkennen

Nieuwe elektrokatalysator biedt hoop op goedkopere waterstofbrandstof