Ball-and-stick-modell av molekylstrukturen hos solbränslekatalysatorn utvecklad vid Caltech. Blått representerar järnatomer; grönt är nickel; rött är syre; vitt är väte. Kredit:Caltech
Caltech-forskare har gjort en upptäckt som de säger kan leda till ekonomiskt lönsam produktion av solbränslen under de närmaste åren.
I åratal, forskning om solbränsle har fokuserat på att utveckla katalysatorer som kan dela vatten till väte och syre med enbart solljus. Det resulterande vätgasbränslet skulle kunna användas för att driva motorfordon, elektriska anläggningar, och bränsleceller. Eftersom det enda som produceras av att bränna väte är vatten, ingen kolförorening tillförs atmosfären.
Under 2014, forskare i Harry Grays labb, Caltechs Arnold O. Beckman professor i kemi, utvecklat en vattenklyvningskatalysator gjord av lager av nickel och järn. Dock, ingen var helt säker på hur det fungerade. Många forskare antog att nickelskikten, och inte järnatomerna, var ansvariga för katalysatorns vattenuppdelningsförmåga (och andra gillar den).
För att säkert ta reda på Bryan Hunter (PhD '17), en tidigare stipendiat vid Resnick Institute, och hans kollegor i Grays labb skapade en experimentell uppsättning som svälter ut vattens katalysator. "När du tar bort lite av vattnet, reaktionen saktar ner, och du kan ta en bild av vad som händer under reaktionen, " han säger.
Gasgenerering med en solbränslekatalysator. Kredit:Caltech
Dessa bilder avslöjade den aktiva platsen för katalysatorn - den specifika platsen där vatten bryts ner till syre - och visade att järn utförde vattensönderdelningsreaktionen, inte nickel.
"Vår experimentellt stödda mekanism är mycket annorlunda än vad som föreslagits, säger Hunter, första författare till en artikel publicerad 6 februari i Joule , en tidskrift för forskning om hållbar energi, som beskriver upptäckten. "Nu kan vi börja göra ändringar i det här materialet för att förbättra det."
Grå, vars arbete har fokuserat på solbränslen i decennier, säger att upptäckten kan vara en "game changer" för fältet.
"Detta kommer att varna människor över hela världen om att järn är särskilt bra för den här typen av katalys, " säger han. "Jag skulle inte bli alls chockad om folk börjar använda dessa katalysatorer i kommersiella tillämpningar om fyra eller fem år."
Uppsatsen som beskriver forskningen i Joule har titeln, "Fånga en järn(VI) vattenklyvande mellanprodukt i icke-vattenhaltiga medier."
