Met de toename van de mondiale vraag naar energie en de milieuvervuiling is de ontwikkeling van duurzame energie om het verbruik van fossiele brandstoffen (zoals olie, aardgas en steenkool) terug te dringen de sleutel geworden tot het bereiken van een duurzame ontwikkeling van de menselijke samenleving.

Waterstofenergie wordt beschouwd als de ideale alternatieve energie vanwege de hoge energiedichtheid, de vervuilingsvrije verbranding en de verschillende toepassingsvormen.

De waterstofproductie uit watersplitsing omvat de kathodische waterstofevolutiereactie (HER) en de anodische zuurstofevolutiereactie (OER), die de kenmerken heeft van groene milieubescherming, flexibele productie en hoge zuiverheid, en een van de ideale groene productietechnologieën is. De intrinsieke langzame kinetiek van de anodische zuurstofontwikkelingsreactie resulteert echter ernstig in een lage waterstofproductie-efficiëntie van de kathode.

Bovendien wordt tijdens het proces van waterelektrolyse het sterk oxiderende waterstofperoxide (H₂ O₂ ) zullen worden geproduceerd, waardoor de levensduur van de film voor elektrolytisch water wordt verkort en de praktische toepassing van elektrolytisch watertechnologie wordt belemmerd. Daarom is het dringend nodig om nieuwe hoogefficiënte, stabiele elektrolytische waterkatalysatoren met een hoge toegevoegde waarde te ontwikkelen.

De hybride waterelektrolyse (HWE)-configuratie die thermodynamisch gunstige oxidatiereactieprocessen aan de anode en HER aan de kathode combineert, komt in beeld als een bijzonder aantrekkelijk alternatief om H₂ te maximaliseren productie.

Belangrijker nog is dat het vervangen van het trage OER-proces door thermodynamisch gunstiger oxidatiereacties baanbrekende mogelijkheden biedt voor het verrijken van zeer efficiënte energiebesparende H₂ productie, waardoor extra functionaliteiten mogelijk worden, zoals het zuiveren van industrieel afvalwater en het creëren van chemicaliën met een hoge toegevoegde waarde.

Daarom is het noodzakelijk om geschikte synergetische elektrokatalyseconfiguraties te nomineren, gebaseerd op elektrochemische principes van elektro-gekoppelde katalytische processen.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Qinfang Zhang van het Yancheng Institute of Technology, China, enkele belangrijke richtlijnen beoordeeld voor de ontdekking van efficiënte multifunctionele hybride waterelektrolyse (HWE) systemen voor de warmtekrachtkoppeling van energiebesparende H ₂ en producten met een hoge toegevoegde waarde. Eerst wordt een overzicht van het HWE-systeem gepresenteerd, vergezeld van een discussie over het ontwerp en de engineering van hoogreactieve/selectieve/stabiele elektroden/elektrokatalysatoren voor anodische oxidatie van organische/biomassasubstraten.

Het diepgaande begrip van mogelijke reactiemechanismen vanuit zowel experimentele als theoretische perspectieven wordt toegelicht om de efficiëntie van synergetische elektrokatalyse te bevorderen. De recente onderzoeksdoorbraken op het gebied van HWE-technologie worden nadrukkelijk de revue gepasseerd, waardoor nieuwe ruimte ontstaat voor laagspannings-H₂ productie uit afvalproducten en hernieuwbare grondstoffen.

In dit werk worden ook de vooruitzichten gepresenteerd voor bestaande uitdagingen met enkele kansen voor toekomstige onderzoeksrichtingen. De resultaten zijn gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis .

Meer informatie: Diab khalafallah et al, Energiebesparende elektrochemische waterstofproductie via co-generatieve strategieën in hybride waterelektrolyse:recente ontwikkelingen en perspectieven, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64544-9

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen