Havsvatten kan vara det perfekta fodermaterialet för hållbart bränsle:det är förnybart, rikligt, ekonomiskt och innehåller exakt de rätta ingredienserna för att producera högkvalitativt väte. Nackdelen är att den innehåller mindre önskvärda ingredienser, såsom klor, som hindrar omvandlingstekniken. Ett internationellt forskarlag kan ha utvecklat en alternativ bearbetningsplattform som skördar alla fördelar utan de klororsakade problemen från tidigare försök.

De publicerade sina resultat den 6 september 2022 i Nano Research Energy .

"Sjövattenelektrolys är ett extremt attraktivt tillvägagångssätt för att skörda ren väteenergi, men skadliga klorarter, såsom klorid eller hypoklorit, orsakar allvarlig korrosion vid anoden", säger motsvarande författare Xuping Sun, professor vid University of Electronic Science and Technology i Kina och vid Shandong Normal University.

Elektrolys innebär att man applicerar en elektrisk laddning på vatten och delar upp dess beståndsdelar, vilket producerar väte och syre. Vätgasen kan användas som rent bränsle som bara släpper ut vatten när det brinner, istället för den skadliga koldioxid som släpps ut av fossila bränslen. Katoden, eller negativa elektroden, attraherar OH ^- och hjälper dem att reducera till målmolekylerna för två väteatomer.

Samtidigt drar anoden, eller den positiva elektroden, de negativt laddade molekylerna och ger dem elektroner, vilket får dem att oxidera. Vid havsvattenelektrolys drar dock anoden även till sig negativt laddade klorelement, som konkurrerar med OH ^- och kan korrodera elektroden bortom användning.

Elektroderna som används vid elektrolys kan vara gjorda av en mängd olika ädelmetalloxider, oxider utan ädelmetaller och multimetalloxider, enligt Sun, men nästan alla resulterar i samma konkurrens- och korrosionsproblem med klorid.

"Bland materialalternativen är skiktade dubbla hydroxider verifierade som ett lovande alternativ för de önskade reaktionerna på grund av deras inställbara sammansättning, lägre kostnader och goda katalytiska aktiviteter," sa Sun.

Skiktade dubbelhydroxidmaterial är brucitliknande lamellära kristaller sammansatta av positiva värdskikt och laddningsbalanserande mellanskikt. Dessa två lager lägger ihop vatten och de negativt attraherade partiklarna, såsom klorid.

"Tidigare forskning i vår grupp och andra har visat att nickel-järnskiktade dubbelhydrider erbjuder lovande katalytisk aktivitet och selektiva oxidationsreaktioner, men materialets livslängd kräver förbättring," sa Sun. "Detta kan göras genom att hämma sidoreaktioner, såsom kloridkorrosion, och förbättra utbytet av OH ^- , men långtidsstabilitet på minst 100 timmar för en stor strömtäthet har sällan uppnåtts på detta material."

För att uppnå en stabilare elektrod utvecklade forskarna en dubbelhydriduppsättning av nickel-järn på koltyg, med bensoat – mest känt som ett konserveringsmedel när det används med natrium – partiklar införda i lagren.

"I detta arbete rapporterar vi att tillvägagångssättet uppnår effektiv och stabil oxidationselektrolys av havsvatten," sa Sun. "Intressant nog fungerar de negativt laddade bensoatjonerna inte bara som en korrosionsinhibitor med motståndskraft mot skadlig klor (elektro)kemi utan som en protonacceptor för att lindra pH-fallet i den lokala lösningen runt den skiktade dubbelhydridelektroden."

Dessutom utökar bensoatjonerna också materialets mellanskikt, vilket gör det möjligt för elektrolyter att penetrera och diffundera genom det. Plattformen kan utföra tillfredsställande elektrolys oavbrutet i 100 timmar utan att drabbas av tydliga strukturella förändringar, enligt Sun.

"Denna design uppnår framgångsrikt de många behoven hos en anod mot effektiv och stabil oxidation av havsvatten," sa Sun. "Detta arbete ger oss inte bara en robust katalysator för högaktiv oxidationselektrolys av havsvatten, utan kan också öppna en spännande väg till ytkonstruktion av anodiska katalysatormaterial med förbättrad hållbarhet." + Utforska vidare

Att producera väte från havsvatten