Wetenschap
Onderzoeksteam ontwikkelt een katalysator die gemeentelijk rioolwater kan zuiveren en tegelijkertijd de efficiëntie van de waterstofopwekking kan verbeteren
Onderzoekers hebben een nieuwe katalysator bedacht die gericht is op het verbeteren van de efficiëntie van reacties waarbij vervuild gemeentelijk rioolwater wordt gebruikt om waterstof te produceren – een groene energiebron.
Hun onderzoek was onlangs te zien in Advanced Functional Materials .
Met de groeiende bezorgdheid over het milieu als gevolg van vervuiling door fossiele brandstoffen, heeft waterstof steeds meer belangstelling gekregen. Waterelektrolysetechnologie is een duurzaam proces dat gebruik maakt van het overvloedige water op aarde om waterstof te produceren. De gelijktijdige zuurstofontwikkelingsreactie tijdens de waterstofproductie is echter opmerkelijk traag, wat resulteert in een aanzienlijk lage energieomzettingsefficiëntie.
De laatste tijd heeft de academische gemeenschap dit probleem aangepakt door de ureumoxidatiereactie te integreren met de waterstofgeneratiereactie. Ureum, een vervuilende stof die in urine wordt aangetroffen, geeft tijdens het oxidatieproces een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij, wat een potentieel middel is om zowel de efficiëntie van de waterstofopwekking als de zuivering van toiletafvalwater te verbeteren.
Uiteindelijk is het noodzakelijk om een katalysator te vinden die de ureumoxidatiereactie effectief kan aandrijven, waardoor de efficiëntie van zowel de waterstofopwekking als de afvalwaterzuivering wordt vergroot.
Om de efficiëntie van de ureumoxidatiereactie te vergroten, creëerde het team een katalysator die bekend staat als nikkel-ijzer-oxalaat (O-NFF). Deze katalysator combineert ijzer (Fe) en oxalaat op nikkelmetaal (Ni), wat resulteert in een uitgestrekt oppervlak dat wordt gekenmerkt door deeltjes van nanometergrootte in fragmentvorm. Deze unieke eigenschap zorgt ervoor dat de katalysator meer reactanten kan adsorberen, waardoor een versnelde ureumoxidatiereactie mogelijk wordt gemaakt.
In experimenten heeft de door het team ontwikkelde O-NFF-katalysator met succes de spanning verlaagd die nodig is voor de opwekking van waterstof tot 1,47 V RHE (bij 0,5 A/cm 2 ) en vertoonde een hoge reactiesnelheid, zelfs bij testen in een gemengde oplossing van kaliumhydroxide (1 M) en ureum (0,33 M) met een Tafel-helling van 12,1 mV/dec.
De onderzoekers valideerden de werkzaamheid van de katalysator verder door de bevordering van de ureumoxidatiereactie te bevestigen via foto-elektron/röntgenabsorptiespectroscopie met behulp van een stralingsfotonenversneller.
Professor Kangwoo Cho en Ph.D. kandidaat Jiseon Kim van de afdeling Environmental Science &Engineering aan de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) werkte voor dit onderzoek samen met het Korea Institute of Science and Technology (KIST).
Cho, die het onderzoek leidde, verklaarde:“We hebben een katalysator ontwikkeld die in staat is gemeentelijk rioolwater te zuiveren en tegelijkertijd de efficiëntie van de waterstofproductie, een groene energiebron, te verbeteren. We verwachten dat O-NFF-katalysatoren, gesynthetiseerd uit metalen en organische stoffen, zullen bijdragen aan de verbeterde efficiëntie van de industriële elektrolyse-waterstofproductie."