In de zoektocht naar schone alternatieve energiebronnen, waterstof is favoriet. Bij verbranding komt veel energie vrij - met een bonus:het belangrijkste bijproduct van het verbranden van waterstof is zuiver water.

Het grote obstakel was het verkrijgen van zuivere waterstof in voldoende hoeveelheden om te verbranden. Dus wetenschappers bestuderen waterstofevolutiereacties, of HAAR, een soort watersplitsende technologie waarbij elektroden, bedekt met katalytische materialen, worden in het water gestoken en met elektriciteit opgeladen. De interactie van de elektriciteit, de katalysatoren en het water produceren waterstofgas - een schone brandstof - en schoon, ademende zuurstof.

Helaas, er is een probleem:momenteel elektroden moeten bedekt zijn met kostbare, dure metalen, met name platina.

Maar Stanford-student Xinjian Shi heeft misschien een oplossing gevonden:een synthesemethode die goedkoop wordt, overvloedige metaalsulfiden in krachtige elektroden voor waterstofevolutiereacties. Hij beschreef het proces in een recente studie in Energie- en milieuwetenschappen .

Samen met zijn adviseur Xiaolin Zheng, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, Shi begon met iets dat wetenschappers al wisten:dat de prestaties van de sulfide-elektrode verbeterd kunnen worden door infusie, of "dopen, " het metaal met atomen van kobalt. Maar Shi en Zheng hebben twee innovaties in dat proces aangebracht:ten eerste, ze ontdekten hoe ze precies konden bepalen hoeveel kobalt in de elektrode werd gedoteerd. Tweede, ze ontdekten hoe ze de hele elektrode op deze gecontroleerde manier konden dopen, niet alleen het buitenoppervlak, zoals het meeste eerdere onderzoek naar sulfide-elektroden had gedaan.

Om deze prestatie te bereiken, gebruikten ze een vlam om een ​​draad van wolfraammetaal te oxideren, het in een damp veranderen, die ze vervolgens afkoelden, waardoor het gas condenseert tot nanobuisjes van wolfraamoxide. De onderzoekers gebruikten vervolgens een tweede vlamtechniek om de nanobuisjes te infuseren met kobaltatomen. Eindelijk, ze "zwavelen" met kobalt gedoteerde nanobuisjes door in zwavel in een oven te bakken. Het resultaat:een wolfraamdisulfide-elektrode gedoteerd met kobalt over de gehele elektrode.

Met dit proces, de onderzoekers kregen de kobaltconcentratie in de elektrode precies goed - de optimale concentratie lijkt ongeveer 15 procent te zijn - en vestigden een nieuw record voor de prestaties van op metaalsulfide gebaseerde HER-elektroden. Maar hun met kobalt gedoteerde wolfraamdisulfide-elektroden voldeden nog steeds niet aan de prestaties van platina. De onderzoekers zijn nu van plan hun proces toe te passen op andere metaalsulfiden om de elektrode te vinden die het meest overeenkomt met platina.

Een mogelijke kandidaat:molybdeendisulfide, waarvan Shi zegt dat het de prestaties van platina in dit soort reacties zou kunnen benaderen of zelfs overtreffen. Het is ook goedkoper. De marktprijs van platina is ongeveer $ 29 per gram. Molybdeendisulfide? Dichter bij 40 cent.