(Phys.org) —Billigare teknik för ren energi kan möjliggöras tack vare en ny upptäckt. Medlemmar i forskargruppen under ledning av Raymond Schaak, professor i kemi vid Penn State University, har funnit att en viktig kemisk reaktion som genererar väte från vatten effektivt utlöses - eller katalyseras - av en nanopartikel som består av nickel och fosfor, två billiga element som finns i överflöd på jorden. Resultaten av forskningen kommer att publiceras i Journal of the American Chemical Society .

Schaak förklarade att syftet med nanopartikeln av nickelfosfid är att hjälpa till att producera väte från vatten, vilket är en process som är viktig för många energiproduktionstekniker, inklusive bränsleceller och solceller. "Vatten är ett idealiskt bränsle, eftersom det är billigt och rikligt, men vi måste kunna utvinna väte från det, " sa Schaak. Väte har en hög energitäthet och är en stor energibärare, Schaak förklarade, men det krävs energi för att producera. För att göra produktionen praktisk, forskare har letat efter ett sätt att utlösa de nödvändiga kemiska reaktionerna med en billig katalysator. Schaak noterade att denna bedrift uppnås mycket bra av platina men, eftersom platina är dyrt och relativt sällsynt, han och hans team har letat efter alternativt material. "Det fanns några förutsägelser om att nickelfosfid kan vara en bra kandidat, och vi hade redan arbetat med nanopartiklar av nickelfosfid i flera år, "Sade Schaak. "Det visar sig att nanopartiklar av nickelfosfid verkligen är aktiva för att producera väte och är jämförbara med de mest kända alternativen till platina."

För att skapa nanopartiklarna av nickelfosfid, teammedlemmar började med metallsalter som är kommersiellt tillgängliga. De löste sedan dessa salter i lösningsmedel, tillsatt andra kemiska ingredienser, och upphettade lösningen så att nanopartiklarna bildades. Forskarna kunde skapa en nanopartikel som var kvasi-sfärisk - inte en perfekt sfär, men sfärisk med många platta, utsatta kanter. "Den lilla storleken på nanopartiklarna skapar en stor yta, och de exponerade kanterna betyder att ett stort antal platser är tillgängliga för att katalysera den kemiska reaktionen som producerar väte, " förklarade Schaak.

Nästa steg var för teammedlemmar vid California Institute of Technology att testa nanopartiklarnas prestanda för att katalysera de nödvändiga kemiska reaktionerna. Leds av Nathan S. Lewis, George L. Argyros professor i kemi vid California Institute of Technology, forskarna utförde dessa tester genom att placera nanopartiklarna på ett ark av titanfolie och nedsänka det arket i en lösning av svavelsyra. Nästa, forskarna applicerade en spänning och mätte den producerade strömmen. De fann att, inte bara hände de kemiska reaktionerna som de hade hoppats, de hände också med en hög grad av effektivitet.

"Nanopartikelteknik har redan börjat öppna dörren till billigare och renare energi som också är effektiv och användbar, "Schaak sa." Målet nu är att ytterligare förbättra prestanda för dessa nanopartiklar och att förstå vad som får dem att fungera som de gör. Också, våra teammedlemmar tror att vår framgång med nickelfosfid kan bana väg mot upptäckten av andra nya katalysatorer som också består av jordnära material. Insikter från denna upptäckt kan leda till ännu bättre katalysatorer i framtiden. "