(Phys.org) —Het splitsen van water in zijn componenten, twee delen waterstof en een deel zuurstof, is een belangrijke eerste stap in het bereiken van koolstofneutrale brandstoffen om onze transportinfrastructuur aan te drijven - inclusief auto's en vliegtuigen.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de North Carolina State University en collega's van de University of North Carolina in Chapel Hill hebben aangetoond dat een gespecialiseerde coatingtechniek bepaalde watersplitsende apparaten stabieler en efficiënter kan maken. Hun resultaten worden deze week online gepubliceerd in twee afzonderlijke papers in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Atoomlaagafzetting, of "ALD, " coat driedimensionale structuren met een precieze, ultradunne laag materiaal. "Een ALD-coating lijkt op het chocoladeglazuur aan de buitenkant van een Klondike-reep - gewoon veel, veel dunner, " legt Dr. Mark Losego uit, onderzoeksassistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State en een co-auteur van het werk. "In dit geval, de lagen zijn minder dan een nanometer dik - of bijna een miljoen keer dunner dan een mensenhaar."

Hoewel extreem dun, deze coatings verbeteren de hechting en prestaties van oppervlaktegebonden moleculaire katalysatoren die worden gebruikt voor watersplitsingsreacties in waterstof-brandstofproducerende apparaten.

In het eerste blad, "Zonnewater splitst in een moleculaire foto-elektrochemische cel, "De onderzoekers gebruikten ALD-coatings op nanogestructureerde watersplitsende cellen om de efficiëntie van de elektrische stroom van de moleculaire katalysator naar het apparaat te verbeteren. De bevindingen verbeterden de waterstofopwekkingscapaciteit van deze moleculaire zonne-watersplitsende cellen aanzienlijk.

In het tweede blad "De kloof tussen homogene en heterogene katalyse in wateroxidatie oversteken, " gebruikten de onderzoekers ALD om moleculaire katalysatoren op het oppervlak van watersplitsende elektroden te "lijmen" om ze ongevoeliger te maken voor onthechting in niet-zure wateroplossingen. Deze verbeterde stabiliteit bij hoge pH maakte een nieuwe chemische weg naar watersplitsing mogelijk die is een miljoen keer sneller dan de route die eerder was geïdentificeerd in zuur, of lage pH, omgevingen. Deze bevindingen kunnen implicaties hebben voor het stabiliseren van een aantal andere moleculaire katalysatoren voor andere hernieuwbare energieroutes, inclusief de omzetting van kooldioxide in koolwaterstofbrandstoffen.

"In deze rapporten we hebben aangetoond dat coatings op nanoschaal die door ALD worden aangebracht meerdere doelen kunnen dienen in de watersplitsingstechnologie, inclusief het verhogen van de efficiëntie van de waterstofproductie en het verlengen van de levensduur van apparaten, "Zei Losego. "In de toekomst, we willen apparaten bouwen die beide voordelen integreren en ons naar andere interessante brandstoffen brengen, inclusief de productie van methanol."