Onder leiding van UNC-Chapel Hill-chemicus Alexander Miller werd het onderzoek "Catalyst Self-Assembly Accelerates Bimetallic Light-driven Electrocatalytic H₂ Evolution in Water' onderzoekt een systeem dat licht en elektriciteit gebruikt om water te splitsen in de samenstellende elementen:waterstof en zuurstof.

"Wat we ontdekten is dat je deze katalysatoren kunt aanzetten tot zelfassemblage in deze bolletjes, die beter worden in het absorberen van licht en in het maken van de chemische bindingen om waterstof te produceren", zegt Miller. "Dit onderzoek vertegenwoordigt een belangrijke bijdrage op het gebied van katalyse en maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van efficiënte en duurzame energietechnologieën."

Miller, hoogleraar scheikunde aan het College of Arts and Sciences, werd vergezeld door Marc ter Horst, onderzoeksprofessor van het kernlaboratorium voor kernmagnetische resonantie; Isaac Cloward, een afgestudeerde onderzoeksassistent; Tamara Jurado, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker; Tianfei Liu, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker; en voormalige leden van zijn laboratorium:Annabell Bonn, Matthew Chambers en Catherine Pitman.

De onderzoekers ontdekten dat moleculaire structuren ervoor zorgden dat de katalysatoren – moleculen die een chemische reactie versnellen zonder zelf tijdens het proces te worden verbruikt – samenklonterden en micellen vormden. Dit zijn bolletjes die lijken op olieachtige afzettingen op het wateroppervlak als er olijfolie aan wordt toegevoegd. .

Watersplitsing is een sleutelproces in technologieën voor hernieuwbare energie, vooral bij de productie van waterstof als schone en duurzame brandstof. Waterstof gewonnen uit water kan worden gebruikt voor brandstofcellen, verbrandingsmotoren en andere toepassingen, met als enige bijproduct waterdamp.

"Watersplitsing heeft het potentieel om zonne-energie op te slaan in de vorm van chemische bindingen, waardoor het intermitterende karakter van de opwekking van zonne-energie wordt aangepakt", zegt Miller. "Onderzoek naar efficiënte en kosteneffectieve methoden voor watersplitsing is een belangrijk aandachtsgebied op het gebied van hernieuwbare energie en duurzame ontwikkeling."

De onderzoekers gebruikten ook een speciale techniek genaamd dynamische lichtverstrooiing, ook bekend als fotoncorrelatiespectroscopie, om de grootte van de katalysatoren te meten door de fluctuaties in de intensiteit van verstrooid licht te analyseren. Deze niet-invasieve techniek leverde waardevolle informatie op over de grootte, vorm en verdeling van de katalysatoren.

Grotere micellen produceerden sneller waterstof. Ze gebruikten ook een analytisch instrument genaamd nucleaire magnetische resonantiespectroscopie, dat bevestigde dat de katalysatoren binnen die deeltjes zich dicht bij elkaar bevonden.

“We willen de energie uit zonlicht opvangen en in plaats van deze om te zetten in elektriciteit, zoals een zonnepaneel op je dak, willen we een brandstof opwekken die we kunnen opslaan en op verzoek kunnen gebruiken voor het besturen van een auto, het opladen van een accu, het rijden van verlichting ”, zei Molenaar. "Dat is het grote geheel."

Meer informatie: Isaac N. Cloward et al, Zelfassemblage van katalysatoren versnelt de door licht aangedreven elektrokatalytische H2-evolutie in water, Natuurchemie (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01483-3

Journaalinformatie: Natuurchemie

Aangeboden door de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill