Kemister vid Centrum för elektrokemiska vetenskaper vid Ruhr-Universität Bochum har utvecklat en katalysator med självläkande egenskaper. Under de utmanande förhållandena för vattenelektrolys för väteproduktion, katalysatormaterialet regenererar sig själv, så länge som komponenterna som krävs för detta finns i elektrolytlösningen. Ett team som involverar Stefan Barwe, Prof Dr Wolfgang Schuhmann och Dr Edgar Ventosa från Bochum Chair of Analytical Chemistry rapporterar om detta i tidskriften Angewandte Chemie International Edition . Arbetet ägde rum som en del av cluster of excellence Resolv.

Vätgas anses vara en framtidens energikälla. Dock, att hitta stabila och effektiva katalysatorer för att syntetisera det är en utmaning. Denna syntes sker med hjälp av vattenelektrolys, med väte skapat vid en elektrod och syre vid den andra. Elektroderna är täckta med en katalysatorfilm, som angrips under reaktionen och blir mindre effektiv.

Katalysatorytan bildas av sig själv

I en förstudie, Bochum-kemisterna visade ett nytt sätt att skapa en mycket stabil katalysatorfilm. De tillsatte katalysatornanopartiklar i form av ett pulver till lösningen, som omger elektroderna. Partiklarna som pumpas genom elektrodkamrarna kolliderar med elektrodytan; där, en partikelfilm bildas baserad på elektrostatiska attraktionskrafter. Partiklar med en positivt laddad yta avsätts på anoden och partiklar med en negativt laddad yta på katoden. Katalysatorfilmen bildas således av sig själv.

Via samma mekanism, katalysatorytan regenererades under reaktionen. Nya nanopartiklar från lösningen flyttade till elektroderna, där de fräschade upp den slitna katalysatorfilmen. Denna självläkande effekt varade så länge som katalysatorpartiklar var närvarande i lösningen.

Stabil i flera dagar

Forskarna arbetade med nickelelektroder. De testade två olika katalysatorpulver för de två elektroderna, en ett nickelbaserat material och en ett koboltbaserat material. Alla katalysatormaterial bildade en film som var några mikrometer tjock på elektroderna, som elektron-mikroskopiska fångar bekräftat. Mätningarna visade också att det bildades funktionella system som producerade väte på ett stabilt sätt under flera dagar.

I vidare studier, kemisterna vill nu närmare undersöka inverkan av partikelform och storlek samt elektrolytlösningens inverkan på katalysatorernas effektivitet och stabilitet.