Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Van afval naar schat – Onderzoekers zetten metaalafval om in een katalysator voor waterstof

Metaalafval dat in experimenten wordt gebruikt om het om te zetten in een zeer efficiënte katalysator om waterstof uit water te maken, een ontdekking die de waterstofproductie duurzamer zou kunnen maken. Credit:Universiteit van Nottingham

Wetenschappers hebben een manier gevonden om metaalafval om te zetten in een zeer efficiënte katalysator om waterstof uit water te maken, een ontdekking die de waterstofproductie duurzamer zou kunnen maken.



Een team onderzoekers van de School of Chemistry and Faculty of Engineering van de Universiteit van Nottingham heeft ontdekt dat het oppervlak van spanen, een bijproduct van de metaalverwerkende industrie, op nanoschaal een textuur heeft met kleine stapjes en groeven. Deze texturen kunnen atomen van platina of kobalt verankeren, wat leidt tot een efficiënte elektrokatalysator die water in waterstof en zuurstof kan splitsen. Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Material Chemistry A .

Waterstof is een schone brandstof die kan worden gebruikt om warmte- of krachtvoertuigen op te wekken, en het enige bijproduct van de verbranding ervan is waterdamp. De meeste waterstofproductiemethoden zijn echter afhankelijk van fossiele brandstoffen. Elektrolyse van water is een van de meest veelbelovende groene routes voor de productie van waterstof, omdat hiervoor alleen water en elektriciteit nodig zijn.

De industrie staat voor een uitdaging op het gebied van waterelektrolyse, omdat voor dit proces zeldzame en dure elementen zoals platina nodig zijn om de watersplitsing te katalyseren. Met het beperkte mondiale aanbod en de stijgende prijzen van edele metalen is er dringend behoefte aan alternatieve elektrokatalysatormaterialen om waterstof uit water te produceren.

Dr. Jesum Alves Fernandes, School of Chemistry, Universiteit van Nottingham, die het onderzoeksteam leidde, zei:“Alleen al de industrieën in Groot-Brittannië genereren jaarlijks miljoenen tonnen metaalafval. Door gebruik te maken van een scanning-elektronenmicroscoop konden we de schijnbaar gladde oppervlakken van de spanen van roestvrij staal, titanium of nikkellegeringen.

"Tot onze verbazing ontdekten we dat de oppervlakken groeven en ribbels hadden die slechts tientallen nanometers breed waren. We realiseerden ons dat dit oppervlak met nanotextuur een unieke kans zou kunnen bieden voor de fabricage van elektrokatalysatoren."

Waterstofproductie uit water gekatalyseerd door platina-atomen op metaalspanen. Credit:Universiteit van Nottingham

De onderzoekers gebruikten magnetronsputteren om een ​​platina-atoom-"regen" op het oppervlak van het spanen te creëren. Deze platina-atomen komen vervolgens samen in nanodeeltjes die precies in de groeven op nanoschaal passen.

Dr. Madasamy Thangamuthu, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Nottingham die verantwoordelijk was voor de analyse van de structuur en elektrokatalytische activiteit van de nieuwe materialen, zegt:“Het is opmerkelijk dat we waterstof uit water kunnen produceren met slechts een tiende van de de hoeveelheid platinalading vergeleken met de modernste commerciële katalysatoren.

"Door slechts 28 microgram van het edelmetaal over 1 cm² spanen te verspreiden, konden we een elektrolysator op laboratoriumschaal creëren die met 100% efficiëntie werkt en 0,5 liter waterstofgas per minuut produceert uit slechts één stuk spanen. "

De groep werkt samen met AqSorption Ltd, een in Nottingham gevestigd bedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwerp en de fabricage van elektrolyzers om hun technologie op te schalen. Professor Andrei Khlobystov, School of Chemistry, Universiteit van Nottingham, zei:"De elektrokatalysatoren gemaakt van spanen hebben het potentieel om een ​​grote impact te hebben op de economie. Onze unieke technologie ontwikkeld in Nottingham, waarbij platinadeeltjes atoom voor atoom groeien op oppervlakken met nanotextuur , heeft twee grote uitdagingen opgelost.

"Ten eerste maakt het de productie van groene waterstof mogelijk met zo min mogelijk edelmetaal, en ten tweede upcyclet het metaalafval uit de lucht- en ruimtevaartindustrie, allemaal in één proces."

Het Zero Carbon Cluster is in de East Midlands opgezet om de ontwikkeling en inzet van innovatie in groene industrieën en geavanceerde productie te versnellen.

Professor Tom Rodden, PVC voor Research &Knowledge Exchange aan de Universiteit van Nottingham, zei:"De ontwikkeling van waterstofaandrijfsystemen kan een belangrijke stap zijn in de richting van het aanpakken van enkele van 's werelds meest urgente koolstofvrije uitdagingen, vooral voor de transport- en productie-industrie. Het succes van deze strategie hangt af van de duurzame productie van groene waterstof, bijvoorbeeld door watersplitsing via elektrolyse, en dit vereist op zijn beurt vooruitgang in het materiaalontwerp."

Meer informatie: Van schroot tot zeer efficiënte elektroden:gebruik van het nanogetextureerde oppervlak van spanen voor effectief gebruik van Pt en Co voor waterstofproductie, Journal of Material Chemistry A (2024). DOI:10.1039/d4ta00711e

Aangeboden door Universiteit van Nottingham




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Parasieten van huisdieren die dieren in het wild wereldwijd aantasten
  2. Het verschil tussen orthologe en paralogische genen
  3. Meiosis 2: Definition, Stages, Meiosis 1 vs Meiosis 2
  4. Evolutionaire geschiedenis vormt variatie in houtdichtheid:studie
  5. Sterke gastheren helpen parasieten zich verder te verspreiden
  6. Goud zeven uit de datastroom
  7. Onderzoekers verkrijgen gegevens over de ontwikkeling van kippenembryo's
  8. Professor forensisch onderzoek onderzoekt nieuwe technologie om DNA-detectie te verbeteren
  9. Een diercel-diagram maken

Wetenschap