(Phys.org) —Goedkopere technologieën voor schone energie kunnen mogelijk worden gemaakt dankzij een nieuwe ontdekking. Leden van het onderzoeksteam onder leiding van Raymond Schaak, een professor in de chemie aan de Penn State University, hebben ontdekt dat een belangrijke chemische reactie die waterstof uit water genereert, effectief wordt geactiveerd - of gekatalyseerd - door een nanodeeltje dat bestaat uit nikkel en fosfor, twee goedkope elementen die overvloedig aanwezig zijn op aarde. De resultaten van het onderzoek worden gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Schaak legde uit dat het doel van het nikkelfosfide-nanodeeltje is om waterstof uit water te helpen produceren, dat is een proces dat belangrijk is voor veel technologieën voor energieproductie, inclusief brandstofcellen en zonnecellen. "Water is een ideale brandstof, omdat het goedkoop en overvloedig is, maar we moeten er waterstof uit kunnen halen, " zei Schaak. Waterstof heeft een hoge energiedichtheid en is een geweldige energiedrager, Schaak legde uit, maar het kost energie om te produceren. Om de productie praktisch te maken, wetenschappers hebben gezocht naar een manier om de vereiste chemische reacties op gang te brengen met een goedkope katalysator. Schaak merkte op dat deze prestatie heel goed wordt bereikt door platina, maar, omdat platina duur en relatief zeldzaam is, hij en zijn team hebben gezocht naar alternatieve materialen. "Er waren enkele voorspellingen dat nikkelfosfide een goede kandidaat zou kunnen zijn, en we werkten al enkele jaren met nikkelfosfide nanodeeltjes, "Zei Schaak. "Het blijkt dat nanodeeltjes van nikkelfosfide inderdaad actief zijn voor de productie van waterstof en vergelijkbaar zijn met de bekendste alternatieven voor platina."

Om de nikkelfosfide nanodeeltjes te maken, teamleden begonnen met metaalzouten die in de handel verkrijgbaar zijn. Vervolgens losten ze deze zouten op in oplosmiddelen, andere chemische ingrediënten toegevoegd, en verwarmde de oplossing om de nanodeeltjes te laten vormen. De onderzoekers waren in staat een nanodeeltje te creëren dat quasi-bolvormig was - geen perfecte bol, maar bolvormig met veel platte, blootgestelde randen. "De kleine omvang van de nanodeeltjes zorgt voor een groot oppervlak, en de blootgestelde randen betekenen dat er een groot aantal locaties beschikbaar is om de chemische reactie te katalyseren die waterstof produceert, ’ legt Schaak uit.

De volgende stap was voor teamleden van het California Institute of Technology om de prestaties van de nanodeeltjes te testen bij het katalyseren van de noodzakelijke chemische reacties. Onder leiding van Nathan S. Lewis, de George L. Argyros hoogleraar scheikunde aan het California Institute of Technology, de onderzoekers voerden deze tests uit door de nanodeeltjes op een vel titaniumfolie te plaatsen en dat vel onder te dompelen in een oplossing van zwavelzuur. Volgende, de onderzoekers brachten een spanning aan en maten de geproduceerde stroom. Ze vonden dat, niet alleen verliepen de chemische reacties zoals ze hadden gehoopt, ze gebeurden ook met een hoge mate van werkzaamheid.

"Nanodeeltjestechnologie is al begonnen de deur te openen naar goedkopere en schonere energie die ook efficiënt en nuttig is, " Zei Schaak. "Het doel is nu om de prestaties van deze nanodeeltjes verder te verbeteren en te begrijpen waarom ze functioneren zoals ze doen. Ook, onze teamleden zijn van mening dat ons succes met nikkelfosfide de weg kan effenen voor de ontdekking van andere nieuwe katalysatoren die ook uit aardrijk materiaal bestaan. Inzichten uit deze ontdekking kunnen in de toekomst leiden tot nog betere katalysatoren."