(Phys.org) — Waterstof wordt gebruikt als energiebron in brandstofcellen en kan worden geproduceerd uit water door gebruik te maken van zonlicht en een geschikte katalysator. In het journaal Angewandte Chemie , Amerikaanse onderzoekers hebben nu een nieuwe elektrokatalysator geïntroduceerd die bestaat uit een geleidend netwerk van core-shell nanodraden dat net zo efficiënt is als conventionele metaaloxidefilms op indiumtinoxide (ITO) en een stuk transparanter en robuuster is.

Nikkel- en kobaltoxiden zijn aantrekkelijke anodematerialen voor de oxidatie van water omdat ze gemakkelijk verkrijgbaar zijn en een hoge katalytische activiteit vertonen. Voor gebruik in foto-elektrische synthesecellen, waarin chemische omzettingen worden aangedreven door licht, de oxiden worden typisch elektrolytisch afgezet op ITO-substraten. ITO wordt gebruikt vanwege zijn hoge doorlaatbaarheid en lage plaatweerstand. Echter, de hoge potentialen die nodig zijn voor de oxidatie van water zorgen ervoor dat de geleidbaarheid van ITO-oppervlakken daalt. In aanvulling, indium is duur en de productie van ITO-films is duur. Een ander nadeel is dat de katalytische oxidelagen de lichttransmissie verminderen en dus het licht dat door de fotovoltaïsche componenten wordt opgevangen.

Een team onder leiding van Benjamin J. Wiley van de Duke University in Durham heeft nu een nieuwe aanpak ontwikkeld om deze problemen op te lossen. Hun truc is om de ITO-elektrode te vervangen door een geleidend netwerk van koperen nanodraden. Koper is een veel voorkomend element en is orden van grootte goedkoper dan indium. In aanvulling, de nanodraden kunnen snel, gemakkelijk, en goedkoop afgezet op een glazen oppervlak vanuit een vloeistof. Nadien, de onderzoekers zetten nikkel of kobalt elektrolytisch op de nanodraden af. Het resulterende netwerk van core-shell nanodraden is even efficiënt als metaaloxidefilms van vergelijkbare samenstelling voor de elektrokatalytische oxidatie van water, maar is vele malen transparanter.

De nanodraadfilm kan ook worden aangebracht op een flexibel vel polyethyleentereftalaat (PET) plastic in plaats van glas. In tegenstelling tot op ITO gebaseerde elektrokatalysatoren op PET-substraten, die lijden aan aanzienlijk verlies van geleidbaarheid na herhaaldelijk buigen, de film gemaakt van nanodraden is niet echt aangetast. De wetenschappers zijn optimistisch dat hun aanpak nieuwe mogelijkheden zal openen voor het ontwerpen van efficiëntere, mechanisch robuust, en betaalbare lichtoogstsystemen voor de productie van zonnebrandstoffen.