Forskare från University of Houston och California Institute of Technology har rapporterat en billig hybridkatalysator som kan dela vatten för att producera väte, lämplig för storskalig kommersialisering.
De flesta system för att dela vatten i dess komponenter - väte och syre - kräver två katalysatorer, en för att stimulera en reaktion för att separera vätgas och en andra för att producera syre. Den nya katalysatorn, gjorda av järn och dinickelfosfider på kommersiellt tillgängligt nickelskum, utför båda funktionerna.
Forskare sa att det har potential att dramatiskt minska mängden energi som krävs för att producera väte från vatten samtidigt som det genererar en hög strömtäthet, ett mått på väteproduktion. Lägre energibehov innebär att vätgas kan produceras till en lägre kostnad.
"Det för oss närmare kommersialisering, "sade Zhifeng Ren, M.D. Anderson ordförande professor i fysik vid UH och huvudförfattare till en artikel som beskriver den nya katalysatorn som publicerades i fredags i Naturkommunikation .
Väte anses vara en önskvärd källa till ren energi, i form av bränsleceller för att driva elmotorer eller brännas i förbränningsmotorer, tillsammans med ett antal industriella användningsområden. Eftersom den kan komprimeras eller omvandlas till vätska, det är lättare att lagra än vissa andra former av energi, sa Ren, som också är forskare vid Texas Center for Superconductivity vid UH.
Men att hitta en praktisk, ett billigt och miljövänligt sätt att producera stora mängder vätgas – särskilt genom att dela upp vatten i dess beståndsdelar – har varit en utmaning.
Det mesta väte produceras för närvarande genom ångmetanreformering och kolförgasning; de metoderna ökar bränslets koldioxidavtryck trots att det brinner rent.
Och medan traditionella katalysatorer kan producera väte från vatten, medförfattare Shuo Chen, biträdande professor i fysik vid UH, sa att de i allmänhet förlitar sig på dyra element i platinagruppen. Det höjer kostnaderna, gör storskalig vattenklyvning opraktisk.
"I kontrast, våra material är baserade på jordnära element och uppvisar jämförbar prestanda med de för platinagruppmaterial, "sa hon." Det kan potentiellt skalas upp till låg kostnad, vilket gör det mycket attraktivt och lovande för kommersialisering av vattenklyvning."
Forskare sa att katalysatorn förblev stabil och effektiv genom mer än 40 timmars testning.
Den nya katalysatorn, de skrev, "visar sig vara en enastående bifunktionell katalysator för övergripande vattendelning, uppvisar både extremt hög OER (syreutvecklingsreaktion) och HER (väteutvecklingsreaktion) aktiviteter i samma alkaliska elektrolyt. Verkligen, det sätter ett nytt rekord i alkaliska vattenelektrolysatorer (1,42 V för att ge 10 mA cm-2), medan den har den kommersiellt praktiska strömtätheten på 500 mA cm-2."
Tidigare katalysatorer har använt olika material för att stimulera en reaktion för att producera väte än de som används för att producera syret. Ren sa att interaktionen mellan järnfosfidpartiklarna och dinickelfosfidpartiklarna ökade båda reaktionerna. "På något sätt är en gemensam ansträngning av de två materialen bättre än något enskilt material, " han sa.
