UNIST-wetenschappers hebben een opwindende nieuwe katalysator ontwikkeld die water bijna net zo goed in waterstof kan splitsen als platina, maar minder duur en vaak te vinden op aarde.

Zoals beschreven in het journaal Natuur Nanotechnologie , dit op ruthenium (Ru) gebaseerde materiaal werkt bijna net zo efficiënt als platina en vertoont waarschijnlijk de hoogste katalytische prestaties zonder te worden beïnvloed door de pH van het water.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Jong-Beom Baek van de Energy and Chemical Engineering aan UNIST heeft Ru en C2N gesynthetiseerd, een tweedimensionale organische structuur, om zijn prestaties als watersplitsende katalysator te verifiëren. Met behulp van deze nieuwe katalysator onder de titel Ru@C2N is het nu mogelijk om efficiënt waterstof te produceren.

De technologie voor de productie van waterstof uit water vereist een goede katalysator voor het commerciële concurrentievermogen. Deze watersplitsende katalysatoren moeten een hoge waterstofconversie-efficiëntie en uitstekende duurzaamheid vertonen, goed werken onder laagspanning, en moet zuinig zijn.

De op Pt gebaseerde katalysatoren die worden gebruikt in de waterstofgeneratiereactie zijn zeer dure edelmetalen, wat resulteert in extra kosten en moeilijkheid van massaproductie. Ze zijn ook minder stabiel in een alkalische omgeving.

Een oplossing, veel onderzoekers suggereren, was om katalysatoren te bouwen van goedkope, niet-edele metalen. Echter, omdat deze materialen snel corroderen onder zure omstandigheden en werken bij zeer hoge spanningen, productiviteit was beperkt.

De Ru@C?N, ontwikkeld door professor Baek is een hoogwaardig materiaal dat voldoet aan alle vier de commerciële concurrentiepositie van watersplitsende katalysatoren.

Dit materiaal vertoont een hoge omloopfrequentie (TOF) zo hoog als Pt en kan worden gebruikt op laagspanningsvoeding. In aanvulling, het wordt niet beïnvloed door de pH van het water en kan in elke omgeving worden gebruikt.

Het syntheseproces van Ru@C2N is eenvoudig. Professor Baek en zijn collega's vermengden eenvoudigweg het rutheniumzout (RuCl3) met de monomeren die de poreuze tweedimensionale organische structuur vormen, C2N. De Ru@C2N-katalysator wordt vervolgens geproduceerd na het doorlopen van reductie- en warmtebehandelingsprocessen.

De onderzoekers gebruikten hetzelfde proces om M@C?N (M =Co, nee, pd, Pt) katalysatoren, met behulp van kobalt (Co), nikkel (Ni), lood (Pb) en platina (Pt). Bij het vergelijken van hun efficiëntie van waterstofproductie, de Ru@C2N-katalysator vertoonde de hoogste katalytische prestaties bij de laagste overspanning, evenals superieure katalytische activiteit.

"Onze studie suggereert niet alleen nieuwe richtingen in de materiaalwetenschap, maar biedt ook een breed scala aan mogelijkheden van basis tot toegepaste wetenschap, ", zegt professor Baek. "Dit materiaal zal naar verwachting op veel gebieden de aandacht trekken dankzij zijn wetenschappelijk potentieel."