Wetenschap
Magnetisme verhoogt de waterstofproductie in modelkatalysatoren
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben laten zien hoe je in een experimentele opstelling de efficiëntie van waterstofproductie kunt verbeteren. Ze toonden aan dat de magnetische volgorde van de moleculen een cruciale rol speelt.
In de zoektocht naar groene waterstof is het ontwerp van efficiënte katalysatormaterialen die de efficiëntie en snelheid van de chemische reactie die (groene) waterstof oplevert essentieel. Theoretisch impliceerden verschillende onderzoeken al dat de magnetische eigenschappen van de katalysator deze efficiëntie en snelheid beïnvloeden. Experimenteel bewijs voor deze verbeteringen is echter tot nu toe schaars, vooral voor de rol van magnetische eigenschappen die bestaan zonder externe magnetische velden.
De onderzoekers brachten de magnetische "spins" van de atomen in de katalysator op één lijn terwijl de reactie plaatsvond. Ze zagen dat het uitlijnen van al deze kleine magneten de reactiesnelheid verhoogde. “Hoewel we op fundamentele schaal werken, kan dit onderzoek belangrijke implicaties hebben voor een efficiënte waterstofproductie”, zegt eerste auteur Emma van der Minne. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Applied Physics Reviews .
Om de magnetische spins uit te lijnen terwijl de reactie liep, gebruikten de onderzoekers een eenvoudige aanpak. Van der Minne legt uit:‘We hebben de temperatuur tijdens de reactie verlaagd. Door de veranderingen in de reactiesnelheid tijdens deze afname te vergelijken voor twee katalysatoren met een verschillende magnetische toestand, hebben we ontdekt dat de activiteit daadwerkelijk toeneemt door deze zogenaamde magnetische orde. Dat dit zelfs gebeurt zonder de toepassing van een magnetisch veld was voorheen onduidelijk. Ons onderzoek geeft ons dus nieuwe manieren om het ontwerp van katalysatoren bij grootschalige waterstofproductie te verbeteren."
Maar dat is niet alles. De onderzoekers ontdekten ook dat als ze een extern magnetisch veld aanbrachten, de katalysator nog beter werd in zijn werk. De richting van dit magnetische veld was van belang. Het moest precies passen bij de magnetische eigenschappen van het materiaal. Als we begrijpen hoe zowel het magnetisme in de katalysator als de reactie ervan op externe magnetische velden de reacties beïnvloeden die betrokken zijn bij de waterstofproductie, komen we een stap dichter bij een groenere toekomst.