Een team van onderzoekers onder leiding van het Institute of Applied Physics aan de Universiteit van Tsukuba heeft een methode aangetoond om zuurbestendige katalysatoren te produceren door ze te bedekken met lagen grafeen. Ze laten zien dat het gebruik van weinig lagen een grotere protonpenetratie mogelijk maakt tijdens een waterstofevolutiereactie, wat cruciaal is voor het maximaliseren van de efficiëntie bij het produceren van H ₂ als brandstof. Dit werk kan leiden tot productie op industriële schaal van waterstof als een volledig hernieuwbare energiebron voor voertuigen die niet bijdragen aan klimaatverandering.

De droom van door waterstof aangedreven auto's heeft veel mensen enthousiast gemaakt als een oplossing voor de enorme hoeveelheid koolstofdioxide-voertuigen die fossiele brandstoffen verbranden dagelijks in de atmosfeer uitstoten. Echter, de productie van waterstofgas is vertraagd door het ontbreken van goedkope katalysatoren die nodig zijn om water efficiënt te splitsen. In dit proces, waterstofkernen, protonen genoemd, moeten combineren om waterstofgas te vormen, H ₂ . Nikkel en op Ni gebaseerde legeringen worden gezien als veelbelovende goedkope alternatieven voor platina, maar deze metalen corroderen gemakkelijk wanneer ze worden blootgesteld aan de zure omstandigheden van de reactie. Een oplossing is om grafeen te gebruiken, een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatrooster, om de katalysator te beschermen. Echter, het mechanisme waardoor de reactie plaatsvindt, bleef slecht begrepen.

Nutsvoorzieningen, een internationale onderzoekssamenwerking onder leiding van de Universiteit van Tsukuba heeft aangetoond dat het gebruik van drie tot vijf lagen grafeen corrosie efficiënt kan voorkomen, terwijl protonen toch gedeeltelijk kunnen combineren bij de katalysator door defecten in de honingraatstructuur. In aanvulling, ze ontdekten dat de katalytische efficiëntie lineair afnam naarmate er meer lagen grafeen werden toegevoegd.

"Dit resultaat stelde ons in staat om te concluderen dat protonen door de grafeenlagen moeten dringen om aan het oppervlak van het metaal te reageren, " zegt dr. Kailong Hu, senior auteur van het onderzoek. De alternatieve verklaring, dat elektronen vanuit het metaal omhoog reizen zodat de protonen kunnen reageren op het buitenoppervlak van het grafeen, was geen belangrijk reactieproces dat door de experimenten werd ondersteund. Toekomstig werk zal zich richten op de optimalisatie van het aantal grafeenlagen om de corrosieweerstand en katalytische activiteit in evenwicht te brengen.

"Waterstofbrandstof is bijzonder milieuvriendelijk omdat het geen broeikasgassen produceert, en heeft nog steeds een grotere energiedichtheid dan benzine, Professor Yoshikazu Ito legt uit. "Dus we kunnen binnenkort op het gaspedaal trappen zonder een ecologische voetafdruk achter te laten."