UNSW Sydney kemister har uppfunnit en ny, billig katalysator för att klyva vatten med en elektrisk ström för att effektivt producera rent vätebränsle.

Tekniken är baserad på skapandet av ultratunna skivor av porösa metallorganiska komplexa material belagda på en skumelektrod, som forskarna oväntat har visat är mycket elektriskt ledande och aktivt för att klyva vatten.

"Att klyva vatten kräver vanligtvis två olika katalysatorer, men vår katalysator kan driva båda reaktionerna som krävs för att separera vatten i dess två beståndsdelar, syre och väte, säger studieledaren docent Chuan Zhao.

"Vår tillverkningsmetod är enkel och universell, så att vi kan anpassa den för att producera ultratunna nanosheet-arrayer av en mängd av dessa material, kallas metallorganiska ramverk.

"Jämfört med andra vattenklyvande elektrokatalysatorer som hittills rapporterats, vår katalysator är också bland de mest effektiva, " han säger.

UNSW-forskningen av Zhao, Dr Sheng Chen och Dr Jingjing Duan publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

Väte är en mycket bra bärare för förnybar energi eftersom det är rikligt, genererar nollutsläpp, och är mycket lättare att lagra än andra energikällor, som sol- eller vindenergi.

Men kostnaden för att producera den genom att använda el för att dela vatten är hög, eftersom de mest effektiva katalysatorerna som utvecklats hittills ofta är gjorda av ädla metaller, som platina, rutenium och iridium.

Katalysatorerna som utvecklats vid UNSW är gjorda av rikligt, oädla metaller som nickel, järn och koppar. De tillhör en familj av mångsidiga porösa material som kallas organiska metallstrukturer, som har en mängd andra potentiella tillämpningar.

Tills nu, metallorganiska ramverk ansågs vara dåliga ledare och inte särskilt användbara för elektrokemiska reaktioner. Konventionellt, de är gjorda i form av bulkpulver, med sina katalytiska platser djupt inbäddade i materialets porer, där det är svårt för vattnet att nå.

Genom att skapa nanometertjocka arrayer av metallorganiska ramverk, Zhaos team kunde exponera porerna och öka ytan för elektrisk kontakt med vattnet.

"Med nanoteknik, vi gjorde en unik metallorganisk ramstruktur som löser de stora problemen med konduktivitet, och tillgång till aktiva webbplatser, säger Zhao.

"Det är banbrytande. Vi kunde visa att metallorganiska ramverk kan vara mycket ledande, utmanar det vanliga konceptet med dessa material som inerta elektrokatalysatorer."

Metallorganiska ramverk har potential för ett stort antal applikationer, inklusive bränslelagring, drogleverans, och kolavskiljning. UNSW-teamets demonstration att de också kan vara mycket ledande introducerar en mängd nya tillämpningar för denna klass av material utöver elektrokatalys.