바닷물은 지구상에서 가장 풍부한 자원 중 하나이며, 청정 에너지원으로서 바람직한 수소 공급원이자 건조한 기후에서 식수로 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다. 그러나 담수에서 수소를 생산할 수 있는 물 분해 기술이 더욱 효과적이었음에도 불구하고 바닷물은 여전히 ​​과제로 남아 있습니다.

휴스턴 대학의 연구원들은 수소 발생 반응 촉매와 결합하여 해수 전기분해를 시작하기 위해 상대적으로 낮은 전압을 필요로 하면서 산업 수요를 지원할 수 있는 전류 밀도를 달성한 새로운 산소 발생 반응 촉매를 통해 획기적인 발전을 이루었다고 보고했습니다.

연구원들은 저렴한 비귀금속 질화물로 구성된 이 장치가 바닷물에서 수소나 안전한 식수를 저렴하게 생산하려는 초기 시도를 제한했던 많은 장애물을 피할 수 있다고 말합니다. 이 작업은 Nature Communications에 설명되어 있습니다.

UH의 텍사스 초전도 센터 소장이자 논문 교신 저자인 Zhifeng Ren은 나트륨, 염소, 칼슘의 유리 이온을 설정하지 않고도 해수를 효과적으로 분해하여 수소를 생산할 수 있는 촉매가 부족하다는 것이 주요 장애물이라고 말했습니다. 그리고 일단 유리된 해수의 다른 성분은 촉매에 침전되어 비활성화될 수 있습니다. 염소 이온은 특히 문제가 되는데, 그 이유 중 하나는 염소가 수소를 유리시키는 데 필요한 것보다 약간 더 높은 전압이 필요하기 때문입니다.

연구진은 텍사스 해안의 갈베스턴 만(Galveston Bay)에서 끌어온 바닷물을 사용하여 촉매를 테스트했습니다. UH의 MD 앤더슨 물리학 석좌 교수인 Ren은 폐수에도 효과가 있어 값비싼 처리 없이는 사용할 수 없는 물에서 또 다른 수소 공급원을 제공할 것이라고 말했습니다.

“대부분의 사람들은 물 분해를 통해 수소를 생산하기 위해 깨끗한 담수를 사용합니다.”라고 그는 말했습니다. "그러나 깨끗한 담수의 가용성은 제한되어 있습니다."

문제를 해결하기 위해 연구진은 다공성 니켈 폼 위에 니켈-철-질화물 화합물과 니켈-몰리브덴-질화물 나노막대로 만들어진 나노입자와 함께 전이 금속-질화물을 사용하여 3차원 코어-쉘 산소 발생 반응 촉매를 설계하고 합성했습니다.

제1저자이자 중국 중부 사범대학 소속인 UH의 박사후 연구원인 Luo Yu는 새로운 산소 발생 반응 촉매가 이전에 보고된 니켈-몰리브덴-질화물 나노막대의 수소 발생 반응 촉매와 짝을 이루었다고 말했습니다.

촉매는 열전 장치 또는 AA 배터리를 통해 폐열로 전력을 공급할 수 있는 2전극 알칼리 전해조에 통합되었습니다.

제곱센티미터당 100밀리암페어(전류 밀도의 측정 단위, 즉 mA cm-2)의 전류 밀도를 생성하는 데 필요한 셀 전압의 범위는 1.564V ~ 1.581V였습니다.

Yu는 수소를 생산하려면 최소 1.23V의 전압이 필요한 반면 염소는 1.73V의 전압에서 생산되기 때문에 전압이 중요하다고 말했습니다. 즉, 장치는 전압으로 의미 있는 수준의 전류 밀도를 생성할 수 있어야 했습니다. 두 수준 사이.

Ren과 Yu 외에도 이 논문의 연구원에는 UH의 Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao 및 Shuo Chen이 포함됩니다. 그리고 중국 중부사범대학의 Ying Yu.

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