(Phys.org) —Dela vatten i dess komponenter, två delar väte och en del syre, är ett viktigt första steg för att uppnå koldioxidneutrala bränslen för att driva vår transportinfrastruktur – inklusive bilar och flygplan.

Nu, North Carolina State University-forskare och kollegor från University of North Carolina i Chapel Hill har visat att en specialiserad beläggningsteknik kan göra vissa vattenklyvningsanordningar mer stabila och effektivare. Deras resultat publiceras online denna vecka i två separata tidningar i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Atomskiktsavsättning, eller "ALD, " belägger tredimensionella strukturer med en exakt, ultratunt lager av material. "En ALD-beläggning är ungefär som chokladglasyren på utsidan av en Klondike-bar – bara mycket, mycket tunnare, " förklarar Dr Mark Losego, forskarassistent i kemi- och biomolekylär teknik vid NC State och en medförfattare på arbetet. "I detta fall, skikten är mindre än en nanometer tjocka - eller nästan en miljon gånger tunnare än ett människohår."

Även om det är extremt tunt, dessa beläggningar förbättrar vidhäftningen och prestandan hos ytbundna molekylära katalysatorer som används för vattenuppdelningsreaktioner i vätebränsleproducerande anordningar.

I den första tidningen, "Solvatten splittras i en molekylär fotoelektrokemisk cell, " forskarna använde ALD-beläggningar på nanostrukturerade vattendelande celler för att förbättra effektiviteten av det elektriska strömflödet från den molekylära katalysatorn till enheten. Fynden förbättrade avsevärt den vätegenererande kapaciteten hos dessa molekylärbaserade solvattenuppdelande celler.

I den andra tidningen, "Att korsa klyftan mellan homogen och heterogen katalys vid vattenoxidation, " forskarna använde ALD för att "limma" molekylära katalysatorer på ytan av vattensplittrande elektroder för att göra dem mer ogenomträngliga för lösgöring i icke sura vattenlösningar. Denna förbättrade stabilitet vid högt pH möjliggjorde en ny kemisk väg till vattenspjälkning som är en miljon gånger snabbare än rutten som tidigare hade identifierats i surt, eller lågt pH, miljöer. Dessa fynd kan ha konsekvenser för att stabilisera ett antal andra molekylära katalysatorer för andra förnybara energivägar, inklusive omvandling av koldioxid till kolvätebränslen.

"I dessa rapporter, vi har visat att beläggningar i nanoskala som appliceras av ALD kan tjäna flera syften inom vattenuppdelningsteknik, inklusive ökad väteproduktionseffektivitet och förlängning av enhetens livslängd, " sade Losego. "I framtiden, vi skulle vilja bygga enheter som integrerar båda dessa fördelar och flyttar oss mot andra bränslen av intresse, inklusive metanolproduktion."