Elektrolytisk väteproduktion som drivs av förnybar energi ses som ett miljövänligt sätt att lindra globala klimat- och energiproblem. I journalen Angewandte Chemie , ett forskarlag har nu introducerat ett nytt och billigt material för elektroder som kan ge högeffektiva, energibesparande väteproduktion:porös, fosforiserad CoNi ₂ S ₄ äggula-skal nanosfärer.

Båda halvreaktionerna av vattenelektrolys - väte- och syreutveckling - är tyvärr långsamma och kräver mycket kraft. Katalytiskt effektiva elektroder, särskilt de baserade på ädelmetaller, kan påskynda de elektrokemiska processerna och förbättra deras energieffektivitet. Dock, deras storskaliga användning hindras av höga kostnader, begränsat överflöd, och låg stabilitet. Alternativ baserade på riklig, billiga metaller fungerar vanligtvis inte tillfredsställande för båda halvreaktionerna.

Ett team ledd av Shuyan Gao (Henan Normal University, Kina) och Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Technological University, Singapore) har nu utvecklat en roman, billig, multifunktionellt elektrodmaterial baserat på kobolt (Co) och nickel (Ni) för effektiv elektrokatalytisk väteproduktion. För att göra materialet, nanosfärer gjorda av kobolt-nickel-glycerat utsätts för kombinerad hydrotermisk sulfidering och gasfasfosforisering. Detta bildar föremål som kallas yolk-shell nanopartiklar gjorda av fosfordopad kobolt-nickel-sulfid (P-CoNi ₂ S ₄ ). Dessa är små sfärer med en kompakt kärna och ett poröst skal med ett mellanrum däremellan - ungefär som ett ägg vars gula är omgiven av äggvitan och därför inte vidrör skalet.

Fosfordopning ökar andelen Ni ³⁺ i förhållande till Ni ²⁺ i de ihåliga partiklarna och möjliggör snabbare laddningsöverföring, vilket gör att de elektrokatalytiska reaktionerna går snabbare. Materialet kan användas som antingen en anod eller en katod, och uppvisar hög aktivitet och stabilitet vid produktion av väte och syre vid elektrolys av vatten.

För att minska elektrolyscellens totala spänning, hybridelektrolyskoncept forskas också. Till exempel, istället för att vara kopplad till produktionen av syre, väteproduktion kan kopplas till oxidation av urea, som kräver betydligt mindre energi. Källor till urea kan innefatta avfallsströmmar från industriella synteser såväl som sanitärt avlopp. De nya nanopartiklarna är också mycket användbara för denna halvreaktion.

Både vatten- och ureaelektrolys kräver jämförelsevis låg cellspänning (1,544 V eller 1,402 V, respektive, vid 10 mA cm ^–2 över 100 timmar). Detta gör de nya bimetalliska äggula-partiklarna överlägsna de flesta kända nickel-sulfid- och till och med ädelmetallbaserade elektrokatalysatorer. De presenterar ett lovande tillvägagångssätt för elektrokemisk väteproduktion, samt för rening av ureahaltigt avloppsvatten.