Det hotande hotet om klimatförändringar har motiverat forskare över hela världen att leta efter renare alternativ till fossila bränslen, och många tror att väte är vår bästa insats. Som en miljövänlig energiresurs, väte (H2 ) kan användas i fordon och elkraftverk utan att släppa ut koldioxid i atmosfären.
Däremot lagra och transportera H2 säkert och effektivt är fortfarande en utmaning. Komprimerat gasformigt väte utgör en betydande risk för explosion och läckage, medan flytande väte måste hållas vid extremt låga temperaturer, vilket är kostsamt. Men tänk om vi kunde lagra väte direkt i den molekylära sammansättningen av andra flytande eller fasta material?
Detta var fokus för ett team av forskare från Japan, som i en nyligen publicerad studie publicerad i tidskriften Small , undersökte potentialen för väteborid (HB) ark som praktiska vätebärare. Att lagra väte i HB-plåt är inte ett helt nytt koncept, och många aspekter av deras potentiella tillämpningar som vätebärare har redan studerats. Men att få ut vätgas ur arken är den svåra delen.
Uppvärmning vid höga temperaturer eller stark ultraviolett (UV) belysning krävs för att frigöra väte (H2 ) från HB-ark. Båda tillvägagångssätten har dock inneboende nackdelar, såsom hög energiförbrukning eller ofullständig H2 släpp.
Således grävde teamet in i ett potentiellt alternativ:elektrokemisk frisättning. Baserat på mekanismen för UV-inducerad H2 frigöring från HB-ark, spekulerade teamet att elektroninjektion från en katodelektrod in i HB-nanoark med en elektrisk strömkälla skulle kunna vara ett överlägset sätt att frigöra H2 jämfört med UV-bestrålning eller uppvärmning.
Baserat på denna teori dispergerade forskarna HB-ark i acetonitril - ett organiskt lösningsmedel - och applicerade en kontrollerad spänning på dispersionen. Dessa experiment visade att nästan alla elektroner som injicerades i det elektrokemiska systemet användes för att omvandla H + joner från HB-arken till H2 molekyler. Noterbart var den faradaiska effektiviteten för denna process, som mäter hur mycket elektrisk energi som omvandlas till kemisk energi, över 90 %.
Teamet genomförde också isotopspårningsexperiment för att bekräfta att det elektrokemiskt frigjorda H2 härstammar från HB-arken och inte genom någon annan kemisk reaktion. Dessutom använde de också svepelektronmikroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi för att karakterisera arken före och efter H2 släpp, vilket ger ytterligare insikter i processens underliggande mekanismer.
Dessa fynd bidrar till utvecklingen av säkra och lätta vätebärare med låg energiförbrukning. Även om teamet studerade den spridda formen av HB-arken i den publicerade artikeln, är de aktuella resultaten tillämpliga på film- eller bulkbaserade HB-arksystem för H2 släpp. Dessutom kommer teamet att undersöka laddningsbarheten för HB-skivor efter dehydrering i en framtida studie.
Mer information: Satoshi Kawamura et al, Electrolytic Hydrogen Release from Hydrogen Boride Sheets, Small (2024). DOI:10.1002/smll.202310239
Journalinformation: Liten
Tillhandahålls av Tokyo Institute of Technology
