Forskare vid universitetet i Twente har visat hur man kan förbättra effektiviteten av väteproduktion i en experimentell uppställning. De visade att den magnetiska ordningen hos molekylerna spelar en avgörande roll.
I sökandet efter grönt väte är utformningen av effektiva katalysatormaterial som ökar effektiviteten och hastigheten på den kemiska reaktion som producerar (grönt) väte avgörande. Teoretiskt har flera studier redan antytt att de magnetiska egenskaperna hos katalysatorn påverkar denna effektivitet och hastighet. Experimentella bevis för dessa förbättringar har dock varit sparsamma, särskilt för rollen av magnetiska egenskaper som existerar utan externa magnetfält – fram till nu.
Forskarna anpassade de magnetiska "snurrarna" av atomerna i katalysatorn medan reaktionen pågick. De såg att justering av alla dessa små magneter ökade reaktionshastigheten. "Även om vi arbetar i en fundamental skala kan den här forskningen ha viktiga konsekvenser för effektiv väteproduktion", säger första författaren Emma van der Minne. Resultaten publiceras i tidskriften Applied Physics Reviews .
För att justera de magnetiska snurren medan reaktionen pågick använde forskarna ett enkelt tillvägagångssätt. Van der Minne förklarar, "Vi minskade temperaturen under reaktionen. Genom att jämföra förändringarna i reaktionshastigheten under denna minskning för två katalysatorer med ett annat magnetiskt tillstånd, fann vi att aktiviteten verkligen ökas av denna så kallade magnetiska ordning. Att detta sker även utan användning av ett magnetfält var tidigare oklart. Vår forskning ger oss därför nya sätt att förbättra designen av katalysatorer i storskalig väteproduktion."
Men det är inte allt. Forskarna fann också att om de applicerade ett externt magnetfält gjorde det katalysatorn ännu bättre på sitt jobb. Riktningen för detta magnetfält spelade roll. Det var tvunget att stämma överens med materialets magnetiska egenskaper. Att förstå hur både magnetismen inuti katalysatorn och dess reaktion på externa magnetfält påverkar reaktionerna i väteproduktionen tar oss ett steg närmare en grönare framtid.
Mer information: Emma van der Minne et al, The effect of intrinsic magnetic order on electrochemical water splitting, Applied Physics Reviews (2024). DOI:10.1063/5.0174662
Journalinformation: Applied Physics Recensioner
Tillhandahålls av University of Twente
