Den främre omslaget visar produktionen av vätgas när elektroner och protoner möts på ruteniumjonkomplexbildade grafitkolnitridnanoskivor uppburna på grafenytan. Bilden är baserad på en gammal kinesisk legend om Niulang och Zhinü. Niulang var en mänsklig koherde och Zhinü var en älva från himlen. De blev kära i varandra. Ändå förbjöds deras kärlek av feens drottning, som med våld skilde dem åt av Silverfloden. Älskarna kunde bara ses en gång om året, den 7:e dagen i den 7:e månmånaden, med hjälp av en flock skator som bildade en bro. Mer information finns i Full Paper av Peng et al på sidan 130 i Issue?1, 2018 (DOI:10.1002/cssc.201701880). Kredit:Yi Peng/ ChemSusChem
Ett nanostrukturerat kompositmaterial som utvecklats vid UC Santa Cruz har visat imponerande prestanda som en katalysator för elektrokemisk delning av vatten för att producera väte. En effektiv, lågkostnadskatalysator är avgörande för att förverkliga löftet om väte som en ren, miljövänligt bränsle.
Forskare ledda av Shaowei Chen, professor i kemi och biokemi vid UC Santa Cruz, har undersökt användningen av kolbaserade nanostrukturerade material som katalysatorer för reaktionen som genererar väte från vatten. I en nyligen genomförd studie, de fick goda resultat genom att införliva ruteniumjoner i en arkliknande nanostruktur bestående av kolnitrid. Prestandan förbättrades ytterligare genom att kombinera den ruteniumdopade kolnitriden med grafen, en arkliknande form av kol, för att bilda en skiktad komposit.
"Bindningskemin av rutenium med kväve i dessa nanostrukturerade material spelar en nyckelroll i den höga katalytiska prestandan, " sade Chen. "Vi visade också att stabiliteten hos katalysatorn är mycket bra."
De nya rönen publicerades i ChemSusChem , en topptidskrift som täcker hållbar kemi och energimaterial, och tidningen finns på omslaget till numret av 10 januari. Första författare Yi Peng, en doktorand i Chens labb, ledde studien och designade omslagsbilden.
Vätgas har länge varit attraktivt som ett rent och förnybart bränsle. En vätebränslecell som driver ett elfordon, till exempel, avger endast vattenånga. För närvarande, dock, väteproduktion är fortfarande starkt beroende av fossila bränslen (för det mesta använder man ånga för att utvinna den från naturgas). Att hitta en låg kostnad, ett effektivt sätt att utvinna väte från vatten genom elektrolys skulle vara ett stort genombrott. El från förnybara källor som sol- och vindkraft, som kan vara intermittent och opålitlig, kunde sedan enkelt lagras och distribueras som vätgas.
För närvarande, de mest effektiva katalysatorerna för den elektrokemiska reaktionen som genererar väte från vatten är baserade på platina, vilket är knappt och dyrt. Kolbaserade material har visat sig lovande, men deras prestanda har inte kommit i närheten av platinabaserade katalysatorer.
I det nya kompositmaterialet som utvecklats av Chens labb, ruteniumjonerna inbäddade i nanoskivorna av kolnitrid ändrar fördelningen av elektroner i matrisen, skapa mer aktiva platser för bindning av protoner för att generera väte. Att lägga till grafen till strukturen förbättrar omfördelningen av elektroner ytterligare.
"Grafenen bildar en sandwichstruktur med nanoskivorna av kolnitrid och resulterar i ytterligare omfördelning av elektroner. Detta ger oss större protonreduktionseffektivitet, " sa Chen.
Kompositens elektrokatalytiska prestanda var jämförbar med den för kommersiella platinakatalysatorer, rapporterade författarna. Chen noterade, dock, att forskarna fortfarande har en lång väg att gå för att få till en billig och effektiv väteproduktion.
