Kredit:CC0 Public Domain
Ett team av forskare under ledning av Institutet för tillämpad fysik vid University of Tsukuba har demonstrerat en metod för att tillverka syraresistenta katalysatorer genom att täcka dem med lager av grafen. De visar att användning av få lager möjliggör större protonpenetration under en väteutvecklingsreaktion, vilket är avgörande för att maximera effektiviteten när man producerar H 2 som bränsle. Detta arbete kan leda till industriell tillverkning av väte som en helt förnybar energikälla för fordon som inte bidrar till klimatförändringen.
Drömmen om vätgasdrivna bilar har upphetsat många människor som en lösning på den enorma mängd koldioxid som fossilbränsleförbränning släpper ut i atmosfären dagligen. Dock, produktionen av vätgas har bromsats av bristen på billiga katalysatorer som krävs för att klyva vatten effektivt. I denna process, vätekärnor, kallas protoner, måste kombineras för att bilda vätgas, H 2 . Nickel och Ni-baserad legering ses som lovande billiga alternativ till platina, men dessa metaller korroderar lätt när de utsätts för reaktionens sura förhållanden. En lösning är att använda grafen, ett enda ark av kolatomer ordnade i ett bikakegitter, för att skydda katalysatorn. Dock, mekanismen genom vilken reaktionen äger rum förblev dåligt förstådd.
Nu, ett internationellt forskningssamarbete ledd av University of Tsukuba har visat att användning av tre-fem lager grafen effektivt kan förhindra korrosion samtidigt som protoner delvis kan kombineras vid katalysatorn genom defekter i bikakestrukturen. Dessutom, de fann att den katalytiska effektiviteten minskade linjärt när fler lager av grafen lades till.
"Detta resultat gjorde det möjligt för oss att dra slutsatsen att protoner måste penetrera genom grafenskikten för att reagera på metallens yta, " säger Dr Kailong Hu, senior författare på studien. Den alternativa förklaringen, att elektroner färdas upp från metallen så att protonerna kan reagera på grafenens yttre yta, var inte en större reaktionsprocess som stöddes av experimenten. Framtida arbete kommer att fokusera på optimering av antalet grafenlager för att balansera korrosionsbeständigheten med katalytisk aktivitet.
"Vätebränsle är särskilt miljövänligt eftersom det producerar noll växthusgaser, och har fortfarande en större energitäthet än bensin, " Professor Yoshikazu Ito förklarar. "Så vi kanske snart kan trampa på gaspedalen utan att lämna ett koldioxidavtryck."
