Nanostrukturerat kompositmaterial som utvecklats av forskare vid Santa Cruz ´universitetet har visat imponerande prov på prestationsförmåga när det gäller att generera väte. Teamet har använt en katalysator för elektrokemisk uppdelning av vatten.
När man framställer vätgas genom elektrolys använder man elektricitet för att spjälka upp vattenmolekyler till vätgas och syre. Hur pass miljövänlig sådan framställning blir beror mycket på varifrån elektriciteten kommer; elektricitet från ett solkraftverk har ju till exempel inte samma miljöpåverkan som elektricitet från ett kolkraftverk.
Cirka 30% – 40% av energin förloras genom elektrolysen. Det pågår dock forskningsprojekt för att få fram metoder som kan höja effektiviteten.
En effektiv, lågkostnadskatalysator är nödvändig för att man ska kunna generera väte som kan betecknas som ett rent, miljövänligt bränsle.
Forskare som ledsagades av Shaowei Chen, professor i kemi och biokemi vid UC Santa Cruz, undersökte användningen av kolbaserade nanostrukturerat material som katalysatorer som i sin tur alstrar väte från vatten.
I en ny studie fick de fram goda resultat genom att ruteniumjoner införlivades i en arkliknande nanostruktur bestående av kolnitrid. Prestandan förbättrades ytterligare genom att rutheniumdopade kolnitriden kombinerades med grafen, en arkliknande form av kol, i syfte att kunna bilda en skiktad komposit.
- Rutheniumbindningskemin med kväve spelar i dessa nanostrukturerade material en nyckelroll när det gäller att höja katalytiska prestandan, sade Chen.
- Vi visade också att katalysatorns stabilitet är mycket bra.
De nya upptäckterna publicerades i ChemSusChem, en ledande tidning som täcker hållbart kemi- och energimaterial. Studien presenteras på tidskriftens omslag den 10 januari i år.
Väte har länge varit populärt som ett rent och förnybart bränsle. En vätgasbränslecell som driver ett elfordon avger endast vattenånga. För närvarande baseras större delen energialstring fortfarande på fossila bränslen. Därför vore väteproduktion från vatten genom elektrolys ett effektivare sätt och ett stort genombrott. El från förnybara källor som sol och vindkraft, som kan vara intermittent och oberäknelig, kan då lätt lagras och distribueras som vätebränsle.
I det nya kompositmaterialet, som utvecklats av Chens laboratorium, förändras ruteniumjonerna i en inbäddad form i kolnitridnanoskikt, vilket skapar mer aktiva punkter för bindning av protoner för alstring av väte.
- Grafen bildar en sandwichstruktur med kolnitrid nanoskikt som bidrar till ytterligare omfördelning av elektroner. Detta ökar protonreduktionseffektiviteten, sade Chen.
- Den elektrokatalytiska prestandan hos kompositmaterialet var jämförbar med den som finns hos kommersiella platinakatalysatorer, förklarade författarna av studien.
Chen påpekade emellertid att forskare har fortfarande en lång väg att gå innan de hittar lösningen till billig och effektiv väteproduktion.
Förutom Peng och Chen medverkade vid studien även Wanzhang Pan och Jia-En Liu på UC Santa Cruz och Nan Wang vid South China University of Technology. Forskningsarbetet stöddes av National Science Foundation och det NASA-finansierade Merced Nanomaterials Center for Energy and Sensing.
Source: University of Santa Cruz
