Waterstof wordt algemeen erkend als een veelbelovende schone energiebron, voornamelijk vanwege de hoge energiedichtheid en de afwezigheid van koolstofemissies tijdens het gebruik ervan. Deze eigenschap maakt waterstof een ideale kandidaat om tegemoet te komen aan de groeiende vraag naar energie en om de gevolgen voor het milieu te beperken die gepaard gaan met het overmatige gebruik van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen in de afgelopen decennia.

Om hernieuwbare energie uit bronnen als zonne-, wind- en getijdenenergie te benutten, is een overtuigende strategie de omzetting van deze vluchtige energie in waterstof. Deze aanpak helpt niet alleen bij het dichten van de kloof in de vraag naar energie, maar draagt ​​ook bij aan de algehele duurzaamheid van de menselijke samenleving.

Momenteel wordt algehele watersplitsing (OWS) beschouwd als een haalbare methode voor de productie van waterstof. OWS, aangedreven door hernieuwbare energie, vergemakkelijkt de opwekking van waterstof via de waterstofevolutiereactie (HER) op de kathode.

De Faradische efficiëntie van de waterstofproductie wordt echter belemmerd door de anodische zuurstofevolutiereactie (OER), die wordt gekenmerkt door trage kinetiek en een hoog thermodynamisch potentieel.

Bijgevolg is er een dringende behoefte aan de ontwikkeling van geavanceerde elektrokatalysatoren voor OER of andere oxidatiereacties met snelle kinetiek en lage thermodynamische mogelijkheden.

Een alternatieve aanpak die meer grip krijgt, is de algehele hydrazinesplitsing (OHzS) voor de productie van waterstof, waarbij gebruik wordt gemaakt van de anodische hydrazine-oxidatiereactie (HzOR). HzOR vertoont minder elektronen en snellere kinetiek vergeleken met OER, waardoor het een veelbelovende oplossing is. Niettemin blijft er een aanzienlijke uitdaging bestaan ​​in de synthese van bifunctionele elektrokatalysatoren voor zowel HER als HzOR met lage overpotentialen.

Onlangs introduceerde een onderzoeksteam in China een nieuwe oplossing in de vorm van een tweedimensionaal multifunctioneel gelaagd dubbel hydroxide afgeleid van een metaal-organische raamwerkvoorloper. Dit materiaal wordt ondersteund door nanoporeus goud, wat zorgt voor een hoge porositeit. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers of Chemical Science and Engineering .

Opmerkelijk genoeg vertoont deze elektrokatalysator twee aantrekkelijke activiteiten voor zowel HER als HzOR. In de praktijk levert de OHzS-cel superieure prestaties, waarbij slechts een celspanning van 0,984 V nodig is om 10 mA∙cm ^-2 te leveren , een opmerkelijke verbetering vergeleken met het OWS-systeem (1.849 V).

Bovendien vertoont de elektrolysecel een opmerkelijke stabiliteit en werkt hij meer dan 130 uur continu. Deze innovatieve aanpak verbetert niet alleen de efficiëntie van de waterstofproductie, maar houdt ook beloftes in voor een duurzamere en schonere energietoekomst.

Meer informatie: Yongji Qin et al, Multifunctionele gelaagde dubbele hydroxiden ondersteund door nanoporeus goud voor algehele hydrazinesplitsing, Frontiers of Chemical Science and Engineering (2023). DOI:10.1007/s11705-023-2373-1

Aangeboden door Frontiers Journals