UNIST-forskare har utvecklat en spännande ny katalysator som kan dela vatten till väte nästan lika bra som platina, men mindre kostsamt och finns ofta på jorden.

Som beskrivs i journalen Naturens nanoteknik , detta rutenium (Ru) -baserade material fungerar nästan lika effektivt som platina och visar sannolikt den högsta katalytiska prestandan utan att påverkas av vattnets pH.

Forskargruppen, ledd av professor Jong-Beom Baek från energi- och kemiteknik vid UNIST har syntetiserat Ru och C2N, en tvådimensionell organisk struktur, för att verifiera dess prestanda som en vattenklyvningskatalysator. Med hjälp av denna nya katalysator, med titeln Ru@C2N är det nu möjligt att effektivt producera väte.

Tekniken för att producera väte från vatten kräver en bra katalysator för kommersiell konkurrenskraft. Dessa vattenuppdelande katalysatorer måste uppvisa hög väteomvandlingseffektivitet och utmärkt hållbarhet, fungerar bra under lågspänning, och ska vara ekonomiskt.

De Pt-baserade katalysatorerna som används i vätegenereringsreaktionen är mycket dyra ädelmetaller, vilket resulterar i extra kostnader och svårigheter med massproduktion. De är också mindre stabila i en alkalisk miljö.

En lösning, många forskare föreslår, var att bygga katalysatorer gjorda av billiga, icke ädla metaller. Dock, eftersom dessa material korroderar snabbt under sura förhållanden och arbetar vid mycket höga spänningar, produktiviteten var begränsad.

Ru@C? N, utvecklat av professor Baek är ett högpresterande material som tillfredsställer alla fyra kommersiella konkurrenskrafterna för vattenuppdelande katalysatorer.

Detta material uppvisar hög omsättningsfrekvens (TOF) så hög som Pt och kan drivas med lågspänningsförsörjning. Dessutom, den påverkas inte av vattnets pH och kan användas i vilken miljö som helst.

Syntesprocessen för Ru@C2N är enkel. Professor Baek och hans kollegor blandade helt enkelt ruteniumsaltet (RuCl3) med monomererna som bildar den porösa tvådimensionella organiska strukturen, C2N. Ru@C2N-katalysatorn produceras sedan efter att ha genomgått reduktions- och värmebehandlingsprocesser.

Forskarna använde samma process för att bygga M@C?N (M =Co, Ni, Pd, Pt) katalysatorer, använder kobolt (Co), nickel (Ni), bly (Pb) och platina (Pt). När man jämför deras effektivitet vid väteproduktion, Ru@C2N-katalysatorn uppvisade den högsta katalytiska prestandan vid den lägsta överspänningen, såväl som överlägsen katalytisk aktivitet.

"Vår studie föreslår inte bara nya riktningar inom materialvetenskap, men presenterar också ett brett utbud av möjligheter från grundläggande till tillämpad vetenskap, ", säger professor Baek. "Detta material förväntas dra till sig uppmärksamhet på många områden tack vare dess vetenskapliga potential."