Het is mogelijk om waterstof te produceren om brandstofcellen van stroom te voorzien door het gas uit zeewater te halen, maar de elektriciteit die daarvoor nodig is, maakt het proces kostbaar. UCF-onderzoeker Yang Yang heeft een nieuw hybride nanomateriaal bedacht dat gebruikmaakt van zonne-energie en het gebruikt om goedkoper en efficiënter waterstof uit zeewater te genereren dan de huidige materialen.

De doorbraak zou ooit kunnen leiden tot een nieuwe bron van schone brandstof, de vraag naar fossiele brandstoffen verlichten en de economie van Florida stimuleren, waar zonneschijn en zeewater overvloedig zijn.

Yang, een assistent-professor met gezamenlijke benoemingen in het NanoScience Technology Center van de University of Central Florida en het Department of Materials Science and Engineering, werkt al bijna 10 jaar aan de splitsing van waterstof op zonne-energie.

Het wordt gedaan met behulp van een fotokatalysator - een materiaal dat een chemische reactie op gang brengt met behulp van energie uit licht. Toen hij aan zijn onderzoek begon, Yang richtte zich op het gebruik van zonne-energie om waterstof uit gezuiverd water te halen. Het is een veel moeilijkere taak met zeewater; de benodigde fotokatalysatoren zijn niet duurzaam genoeg om de biomassa en het corrosieve zout aan te kunnen.

Zoals gerapporteerd in het journaal Energie en milieuwetenschappen , Yang en zijn onderzoeksteam hebben een nieuwe katalysator ontwikkeld die niet alleen een veel breder spectrum van licht kan oogsten dan andere materialen, maar ook bestand zijn tegen de barre omstandigheden in zeewater.

"We hebben een nieuw venster geopend voor het splitsen van echt water, niet alleen gezuiverd water in een laboratorium, " zei Yang. "Dit werkt echt goed in zeewater."

Yang ontwikkelde een methode om een ​​fotokatalysator te fabriceren die bestaat uit een hybride materiaal. Kleine nanoholtes werden chemisch geëtst op het oppervlak van een ultradunne film van titaniumdioxide, de meest voorkomende fotokatalysator. Die inkepingen in de nanoholte waren bedekt met nanovlokken molybdeendisulfide, een tweedimensionaal materiaal met de dikte van een enkel atoom.

Typische katalysatoren kunnen slechts een beperkte bandbreedte van licht omzetten in energie. Met zijn nieuwe materiaal, Het team van Yang is in staat om de bandbreedte van het licht dat kan worden geoogst aanzienlijk te vergroten. Door de dichtheid van de zwavelleegstand in de nanovlokken te regelen, ze kunnen energie produceren van ultraviolet-zichtbare tot nabij-infrarode lichtgolflengten, waardoor het minstens twee keer zo efficiënt is als de huidige fotokatalysatoren.

"We kunnen veel meer zonne-energie uit het licht absorberen dan het conventionele materiaal, " zei Yang. "Uiteindelijk, als het gecommercialiseerd is, het zou goed zijn voor de economie van Florida. We hebben veel zeewater rond Florida en veel echt goede zonneschijn."

In veel situaties, het produceren van een chemische brandstof uit zonne-energie is een betere oplossing dan het produceren van elektriciteit uit zonnepanelen, hij zei. Die elektriciteit moet worden gebruikt of opgeslagen in batterijen, die degraderen, terwijl waterstofgas gemakkelijk kan worden opgeslagen en vervoerd.

Het vervaardigen van de katalysator is relatief eenvoudig en goedkoop. Yang's team zet zijn onderzoek voort door zich te concentreren op de beste manier om de fabricage op te schalen, en de prestaties verder verbeteren, zodat het mogelijk is om waterstof uit afvalwater te splitsen.