Zeewater is een van de meest voorkomende hulpbronnen op aarde en biedt beloftes als bron van waterstof – wenselijk als bron van schone energie – en van drinkwater in droge klimaten. Maar zelfs nu watersplitsende technologieën die waterstof uit zoet water kunnen produceren effectiever zijn geworden, blijft zeewater een uitdaging.

Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een significante doorbraak gerapporteerd met een nieuwe zuurstofevolutiereactiekatalysator die, gecombineerd met een waterstofevolutiereactiekatalysator, stroomdichtheden bereikte die in staat zijn de industriële eisen te ondersteunen, terwijl er een relatief lage spanning nodig is om zeewaterelektrolyse te starten.

Onderzoekers zeggen dat het apparaat, dat is samengesteld uit goedkope niet-edelmetaalnitriden, erin slaagt veel van de obstakels te omzeilen die eerdere pogingen om op goedkope wijze waterstof of veilig drinkwater uit zeewater te produceren, hebben beperkt. Het werk wordt beschreven in Nature Communications.

Zhifeng Ren, directeur van het Texas Center for Superconductivity bij UH en corresponderend auteur van het artikel, zei dat een groot obstakel het ontbreken van een katalysator is die effectief zeewater kan splitsen om waterstof te produceren zonder ook ionen van natrium, chloor en calcium vrij te laten komen. en andere componenten van zeewater, die, zodra ze vrijkomen, zich op de katalysator kunnen nestelen en deze inactief kunnen maken. Vooral chloorionen zijn problematisch, deels omdat chloor net iets hogere spanning nodig heeft om vrij te komen dan nodig is om waterstof vrij te maken.

De onderzoekers testten de katalysatoren met zeewater afkomstig uit Galveston Bay voor de kust van Texas. Ren, MD Anderson voorzitter hoogleraar natuurkunde bij UH, zei dat het ook zou werken met afvalwater, waardoor een nieuwe bron van waterstof uit water zou ontstaan ​​dat anders onbruikbaar is zonder dure behandeling.

“De meeste mensen gebruiken schoon zoetwater om waterstof te produceren door watersplitsing”, zei hij. “Maar de beschikbaarheid van schoon zoetwater is beperkt.”

Om de uitdagingen aan te gaan, ontwierpen en synthetiseerden de onderzoekers een driedimensionale core-shell zuurstofevolutiereactiekatalysator met behulp van overgangsmetaalnitride, met nanodeeltjes gemaakt van een nikkel-ijzer-nitride-verbinding en nikkel-molybdeen-nitride nanostaafjes op poreus nikkelschuim.

Eerste auteur Luo Yu, een postdoctoraal onderzoeker bij UH die ook verbonden is aan de Central China Normal University, zei dat de nieuwe zuurstofevolutiereactiekatalysator gepaard ging met een eerder gerapporteerde waterstofevolutiereactiekatalysator van nikkel-molybdeen-nitride nanostaafjes.

De katalysatoren zijn geïntegreerd in een alkalische elektrolysator met twee elektroden, die kan worden aangedreven door afvalwarmte via een thermo-elektrisch apparaat of door een AA-batterij.

De celspanningen die nodig waren om een ​​stroomdichtheid van 100 milliampère per vierkante centimeter te produceren (een maatstaf voor de stroomdichtheid, of mA cm-2) varieerden van 1,564 V tot 1,581 V.

De spanning is aanzienlijk, zei Yu, want hoewel er een spanning van minimaal 1,23 V nodig is om waterstof te produceren, wordt chloor geproduceerd bij een spanning van 1,73 V, wat betekent dat het apparaat betekenisvolle niveaus van stroomdichtheid moest kunnen produceren met een spanning tussen de twee niveaus.

Naast Ren en Yu omvatten onderzoekers op het papier ook Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao en Shuo Chen, allemaal van UH; en Ying Yu van de Central China Normal University.

Ontvang het laatste wetenschappelijke nieuws met de gratis e-mailnieuwsbrieven van ScienceDaily, die dagelijks en wekelijks worden bijgewerkt. Of bekijk elk uur bijgewerkte nieuwsfeeds in uw RSS-lezer:

Vertel ons wat u van ScienceDaily vindt – we verwelkomen zowel positieve als negatieve reacties. Heeft u problemen bij het gebruik van de site? Vragen?