Fysiker vid University of Houston har upptäckt en katalysator som kan dela vatten till väte och syre, består av lättillgängliga, lågkostnadsmaterial och fungerar mycket mer effektivt än tidigare katalysatorer.

Det skulle lösa ett av de främsta hindren för att använda vatten för att producera väte, en av de mest lovande källorna till ren energi.

"Väte är den renaste primära energikällan vi har på jorden, "sa Paul C. W. Chu, TLL Temple Chair of Science och grundande direktör och chefsvetare vid Texas Center for Superconductivity vid UH. "Vatten kan vara den vanligaste vätekällan om man kunde skilja vätet från dess starka bindning till syre i vattnet med hjälp av en katalysator."

Chu och kollegor inklusive fysikerna Zhifeng Ren och Shuo Chen, båda är också huvudutredare vid Texas Center for Superconductivity vid UH, rapportera deras upptäckt - en effektiv katalysator som produceras utan de dyrbara ädelmetaller som oftast används - denna vecka i Proceedings of the Natural Academy of Sciences .

Andra forskare som är involverade i projektet inkluderar postdoktorer Haiqing Zhou och Fang Yu, och doktorander Jingying Sun och Ran He.

Katalysatorn, består av järnmetafosfat odlat på en ledande nickelskumplattform, är mycket effektivare än tidigare katalysatorer, samt billigare att tillverka.

"Kostnadsmässigt, det är mycket lägre och prestandamässigt, mycket bättre, "sade Zhifeng Ren, MD Anderson professor i fysik och huvudförfattare på pappret. Katalysatorn är också hållbar, arbetar mer än 20 timmar och 10, 000 cykler vid testning.

"Vissa katalysatorer är enastående men är bara stabila i en eller två timmar, "Sa Ren." Det är ingen nytta. "

Även om det är enkelt i teorin, att dela vatten i väte och syre är en komplex process, som kräver två separata reaktioner - en väteutvecklingsreaktion och en syreutvecklingsreaktion, var och en kräver en separat elektrod. Även om väte är den mer värdefulla komponenten, det kan inte produceras utan att också producera syre. Och medan effektiva vätekatalysatorer finns tillgängliga, Ren sa att avsaknaden av en billig och effektiv syrekatalysator har skapat en flaskhals på området.

Väte har ett antal fördelar. "Väte (H2) som produceras från vattensplittring genom en elektrokemisk process, kallas vattenelektrolys, har ansetts vara en ren och hållbar energiresurs för att ersätta fossila bränslen och möta det stigande globala energibehovet, eftersom vatten är både det enda utgångsmaterialet och biprodukten när ren energi produceras genom att omvandla H2 till vatten, "skrev forskarna.

Och till skillnad från solenergi, vindkraft och annan "ren" energi, väte kan enkelt lagras.

För närvarande, det mesta vätgas produceras genom ångmetanreformering och kolförgasning; dessa metoder ökar bränslets koldioxidavtryck trots att det brinner rent.

Chen sa att syreutvecklingsreaktioner ofta beror på en elektrokatalysator som använder en "ädelmetall" - iridium, platina eller rutenium. Men de är dyra och inte lätt tillgängliga.

"I det här arbetet, vi upptäckte en mycket aktiv och stabil elektrokatalysator baserad på jordartade element, som till och med överträffar de ädelmetallbaserade, "sa hon." Vår upptäckt kan leda till ett mer ekonomiskt tillvägagångssätt för väteproduktion från vattenelektrolys. "

Vattenklyvning kan utlösas antingen genom elektrisk ström eller genom fotokatalys, med hjälp av solens kraft. Direkt soldrivet vattenspridning är för ineffektivt, eftersom vatten bara kan absorbera en liten del av ljusspektrumet. Helst, Ren sa, solenergi skulle användas för att generera den elektriska kraften som används för att dela vatten.