Havvand er en af ​​de mest rigelige ressourcer på jorden, der giver løfter både som en kilde til brint - ønskelig som en kilde til ren energi - og til drikkevand i tørre klimaer. Men selvom vandopdelingsteknologier, der er i stand til at producere brint fra ferskvand, er blevet mere effektive, er havvand fortsat en udfordring.

Forskere fra University of Houston har rapporteret et betydeligt gennembrud med en ny oxygenudviklingsreaktionskatalysator, der kombineret med en hydrogenudviklingsreaktionskatalysator opnåede strømtætheder, der var i stand til at understøtte industrielle krav, mens det krævede relativt lav spænding for at starte havvandselektrolyse.

Forskere siger, at enheden, der er sammensat af billige ikke-ædelmetalnitrider, formår at undgå mange af de forhindringer, der har begrænset tidligere forsøg på billigt at producere brint eller sikkert drikkevand fra havvand. Arbejdet er beskrevet i Nature Communications.

Zhifeng Ren, direktør for Texas Center for Superconductivity ved UH og en tilsvarende forfatter til papiret, sagde, at en stor hindring har været manglen på en katalysator, der effektivt kan spalte havvand for at producere brint uden også at frigøre ioner af natrium, klor, calcium og andre komponenter af havvand, som når de er frigjort, kan sætte sig på katalysatoren og gøre den inaktiv. Klorinioner er især problematiske, til dels fordi klor kræver blot lidt højere spænding for at frigøre, end der er nødvendigt for at frigøre brint.

Forskerne testede katalysatorerne med havvand hentet fra Galveston Bay ud for Texas-kysten. Ren, MD Anderson Chair Professor i fysik ved UH, sagde, at det også ville arbejde med spildevand, hvilket giver en anden kilde til brint fra vand, der ellers er ubrugelig uden dyr behandling.

"De fleste mennesker bruger rent ferskvand til at producere brint ved vandspaltning," sagde han. "Men tilgængeligheden af ​​rent ferskvand er begrænset."

For at løse udfordringerne designet og syntetiserede forskerne en tredimensionel katalysator for iltudvikling af kerne-skal ved hjælp af overgangsmetalnitrid, med nanopartikler lavet af en nikkel-jern-nitridforbindelse og nikkel-molybdæn-nitrid nanorods på porøst nikkelskum.

Førsteforfatter Luo Yu, en postdoc-forsker ved UH, som også er tilknyttet Central China Normal University, sagde, at den nye oxygenudviklingsreaktionskatalysator var parret med en tidligere rapporteret hydrogenudviklingsreaktionskatalysator af nikkel-molybdæn-nitrid nanorods.

Katalysatorerne blev integreret i en to-elektrode alkalisk elektrolysator, som kan drives af spildvarme via en termoelektrisk enhed eller af et AA-batteri.

Cellespændinger, der kræves for at producere en strømtæthed på 100 milliampere pr. kvadratcentimeter (et mål for strømtæthed eller mA cm-2) varierede fra 1,564 V til 1,581 V.

Spændingen er betydelig, sagde Yu, for mens der kræves en spænding på mindst 1,23 V for at producere brint, produceres klor ved en spænding på 1,73 V, hvilket betyder, at enheden skulle være i stand til at producere meningsfulde niveauer af strømtæthed med en spænding mellem de to niveauer.

Ud over Ren og Yu omfatter forskere på papiret Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao og Shuo Chen, alle fra UH; og Ying Yu fra Central China Normal University.

Få de seneste videnskabsnyheder med ScienceDailys gratis e-mail-nyhedsbreve, der opdateres dagligt og ugentligt. Eller se opdaterede nyhedsfeeds hver time i din RSS-læser:

Fortæl os, hvad du synes om ScienceDaily - vi glæder os over både positive og negative kommentarer. Har du problemer med at bruge siden? Spørgsmål?