Ett team av kemiforskare vid University of North Carolina i Chapel Hill har utvecklat ett unikt tillvägagångssätt för att utnyttja solens energi för att producera vätgas, en potentiell ren energikälla, från vatten, enligt en artikel publicerad i Nature Chemistry .
Ledd av UNC-Chapel Hill-kemisten Alexander Miller, studien, "Catalyst Self-Assembly Accelerates Bimetallic Light-driven Electrocatalytic H2 Evolution in Water," undersöker ett system som använder ljus och elektricitet för att dela vatten i dess beståndsdelar - väte och syre.
"Vad vi hittade är att du kan få dessa katalysatorer att självmontera i dessa kulor, som blir bättre på att absorbera ljus och på att göra de kemiska bindningarna för att producera väte," sa Miller. "Denna forskning representerar ett betydande bidrag till katalysområdet och banar väg för utveckling av effektiv och hållbar energiteknik."
Miller, professor i kemi vid College of Arts and Sciences, fick sällskap av Marc ter Horst, forskningsprofessor vid kärnlaboratoriet för kärnmagnetisk resonans; Isaac Cloward, en forskarassistent; Tamara Jurado, en postdoktoral forskningsassistent; Tianfei Liu, en postdoktoral forskningsassistent; och tidigare medlemmar av hans labb:Annabell Bonn, Matthew Chambers och Catherine Pitman.
Forskarna upptäckte att molekylära strukturer fick katalysatorerna - molekyler som accelererar en kemisk reaktion utan att själva förbrukas i processen - att krypa ihop sig för att bilda miceller, som är kulor som liknar oljiga avlagringar på vattenytan när olivolja tillsätts. .
Vattenuppdelning är en nyckelprocess inom förnybar energiteknik, särskilt vid produktion av väte som ett rent och hållbart bränsle. Väte som erhålls från vatten kan användas för bränsleceller, förbränningsmotorer och andra applikationer, där den enda biprodukten är vattenånga.
"Vattenuppdelning har potential att lagra solenergi i form av kemiska bindningar, vilket tar itu med den intermittenta naturen av solenergigenerering", säger Miller. "Forskning om effektiva och kostnadseffektiva vattenklyvningsmetoder är ett betydande intresseområde inom området förnybar energi och hållbar utveckling."
Forskarna använde också en speciell teknik som kallas dynamisk ljusspridning, även känd som fotonkorrelationsspektroskopi, för att mäta storleken på katalysatorerna genom att analysera fluktuationerna i intensiteten av spritt ljus. Denna icke-invasiva teknik gav värdefull information om katalysatorernas storlek, form och distribution.
Större miceller producerade väte snabbare. De använde också ett analytiskt verktyg som kallas kärnmagnetisk resonansspektroskopi, som bekräftade att katalysatorerna var nära varandra inom dessa partiklar.
"Vi vill fånga energin i solljus och istället för att förvandla den till elektricitet, som en solpanel på ditt tak, vill vi generera ett bränsle som vi kan lagra och använda på begäran för att köra bil, ladda ett batteri, köra ljus ", sa Miller. "Det är den stora bilden."
Mer information: Isaac N. Cloward et al, Catalyst self-assembly accelererar bimetallisk ljusdriven elektrokatalytisk H2-utveckling i vatten, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01483-3
Journalinformation: Naturkemi
Tillhandahålls av University of North Carolina vid Chapel Hill
