Att bryta bindningarna mellan syre och väte i vatten kan vara en nyckel till skapandet av väte på ett hållbart sätt, men att hitta en ekonomiskt hållbar teknik för detta har visat sig svårt. Forskare rapporterar en ny vätgasgenererande katalysator som rensar många av hindren-överflöd, stabilitet i syraförhållanden och effektivitet.

I journalen Angewandte Chemie , forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign rapporterar om ett elektrokatalytiskt material tillverkat av blandning av metallföreningar med ämnet som kallas perklorsyra.

Elektrolysatorer använder elektricitet för att bryta vattenmolekyler till syre och väte. Den mest effektiva av dessa enheter använder frätande syror och elektrodmaterial tillverkade av metallföreningarna iridiumoxid eller ruteniumoxid. Iridiumoxid är den stabilare av de två, men iridium är ett av de minst förekommande elementen på jorden, så forskare letar efter ett alternativt material.

"Mycket av det tidigare arbetet utfördes med elektrolysatorer gjorda av bara två element - en metall och syre, "sa Hong Yang, en medförfattare och professor i kemisk och biomolekylär teknik i Illinois. "I en ny studie har vi fann om en förening har två metallelement - yttrium och rutenium - och syre, hastigheten för vattensplittande reaktion ökade. "

Yao Qin, en medförfattare och tidigare medlem i Yangs grupp, experimenterade först med proceduren för att göra detta nya material med hjälp av olika syror och uppvärmningstemperaturer för att öka hastigheten för vattensplittande reaktion.

Forskarna fann att när de använde perklorsyra som katalysator och lät blandningen reagera under värme, yttrium -rutenatproduktens fysiska natur förändrades.

"Materialet blev mer poröst och hade också en ny kristallin struktur, skiljer sig från alla de fasta katalysatorer vi tillverkade tidigare, "sa Jaemin Kim, huvudförfattaren och en postdoktor. Det nya porösa materialet som teamet utvecklat - en pyrokloroxid av yttriumrutenat - kan dela vattenmolekyler med en högre hastighet än den aktuella industristandarden.

"På grund av den ökade aktiviteten som det främjar, en porös struktur är mycket önskvärd när det gäller elektrokatalysatorer, "Sa Yang." Dessa porer kan produceras syntetiskt med mallar och nanometerstorlekar för att tillverka keramik; dock, de kan inte hålla ut under de högtemperaturförhållanden som behövs för att tillverka fasta katalysatorer av hög kvalitet. "

Yang och hans team tittade på strukturen för sitt nya material med ett elektronmikroskop och fann att det är fyra gånger mer poröst än det ursprungliga yttriumrutenatet som de utvecklat i en tidigare studie, och tre gånger den för iridium och ruteniumoxider som används kommersiellt.

"Det var överraskande att upptäcka att syran vi valde som katalysator för denna reaktion visade sig förbättra strukturen hos materialet som används för elektroderna, "Sa Yang." Denna insikt var en slump och ganska värdefull för oss. "

Nästa steg för gruppen är att tillverka en laboratorieskala för vidare testning och att fortsätta att förbättra den porösa elektrodstabiliteten i sura miljöer, Sa Yang.

"Elektrodernas stabilitet i syra kommer alltid att vara ett problem, men vi känner att vi har kommit på något nytt och annorlunda jämfört med annat arbete inom detta område, "Yang sa." Den här typen av forskning kommer att vara ganska påverkande när det gäller väteproduktion för hållbar energi i framtiden. "

Doktorand Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand och Argonne National Laboratory forskare Cheng-Jun Sun bidrog också till denna forskning.