En ny molybdenbelagd katalysator som effektivt kan dela vatten i sura elektrolyter har utvecklats av forskare vid KAUST och kan hjälpa till med effektiv produktion av väte.

Vid bränning, väte omvandlas till vatten och värme för att göra en helt ren kraftkälla. Således, i jakten på grönare kraft, det finns ett akut behov av ett hållbart och effektivt sätt att producera den. Ett sätt är att dela vatten med hjälp av en process som kallas fotokatalytisk väteutveckling:vattenmolekyler delas upp i väte och syre med hjälp av endast solljus för att ge den nödvändiga energin. I det här sammanhanget, väte fungerar som ett sätt att lagra solenergi.

Forskare letar efter sätt att förbättra denna vattenklyvningsreaktion genom att utveckla en optimal katalysator. Även om många olika material har prövats, de påverkas vanligtvis negativt av syret som också skapas vid sidan av vätet under processen. De två gasformiga produkterna kan lätt rekombineras tillbaka till vatten på grund av omvända vattenbildande reaktioner, hindra produktionen av väte.

Angel Garcia-Esparza och Tatsuya Shinagawa – två tidigare KAUST Ph.D. studenter som ledande forskare under tillsyn av docent i kemisk vetenskap Kazuhiro Takanabe-samarbetade med andra kollegor från Catalysis Center och andra specialister vid universitetet för att skapa en reaktionskatalysator för väteutveckling som är både syra-tolerant och selektivt förhindrar vattenreformeringsreaktionen1 .

"Utvecklingen av syratoleranta katalysatorer är en viktig utmaning eftersom de flesta material inte är stabila och snabbt bryts ned under de sura förhållanden som är gynnsamma för vätegenerering, säger Garcia-Esparza.

Eftersom surheten i lösningen var avgörande för materialets stabilitet, teamet tog sig tid att fastställa den optimala pH-nivån mellan 1,1 och 4,9. De elektrobelagda sedan molybden på en standard platinaelektrodkatalysator i en svagt sur lösning.

Att jämföra fotokatalysatorns prestanda med och utan molybdenbeläggningen, teamet visade att utan molybden minskade väteproduktionens hastighet så småningom efter 10 timmars drift under belysning av ultraviolett ljus. Dock, införandet av molybden förhindrade denna nedgång i prestanda. Forskarna tror att detta beror på att molybden fungerar som ett gasmembran, förhindrar syre från att nå platina och stör dess katalytiska prestanda.

"Den största utmaningen för de flesta katalysatorer är den långsiktiga stabiliteten hos materialen", förklarade Garcia-Esparza. "Så det är ett viktigt steg att ha ett syratolerant material som kan förhindra den vattenbildande bakreaktionen som saktar ner vattensplittringen."

"Ändå, vi är fortfarande långt ifrån en kommersiell enhet och mer arbete måste göras, sa Garcia-Esparza.