Sjøvann er en av de mest rike ressursene på jorden, og gir løfter både som en kilde til hydrogen - ønskelig som en kilde til ren energi - og som drikkevann i tørre klimaer. Men selv ettersom vannsplittende teknologier som er i stand til å produsere hydrogen fra ferskvann har blitt mer effektive, har sjøvann vært en utfordring.

Forskere fra University of Houston har rapportert et betydelig gjennombrudd med en ny oksygenutviklingsreaksjonskatalysator som, kombinert med en hydrogenevolusjonsreaksjonskatalysator, oppnådde strømtettheter som er i stand til å støtte industrielle krav samtidig som det kreves relativt lav spenning for å starte sjøvannelektrolyse.

Forskere sier at enheten, sammensatt av rimelige ikke-edle metallnitrider, klarer å unngå mange av hindringene som har begrenset tidligere forsøk på billig å produsere hydrogen eller trygt drikkevann fra sjøvann. Arbeidet er beskrevet i Nature Communications.

Zhifeng Ren, direktør for Texas Center for Superconductivity ved UH og en tilsvarende forfatter for avisen, sa at en stor hindring har vært mangelen på en katalysator som effektivt kan splitte sjøvann for å produsere hydrogen uten også å frigjøre ioner av natrium, klor, kalsium og andre komponenter av sjøvann, som når de er frigjort, kan sette seg på katalysatoren og gjøre den inaktiv. Klorioner er spesielt problematiske, delvis fordi klor krever bare litt høyere spenning for å frigjøre enn det som er nødvendig for å frigjøre hydrogen.

Forskerne testet katalysatorene med sjøvann hentet fra Galveston Bay utenfor Texas-kysten. Ren, MD Anderson styreleder professor i fysikk ved UH, sa at det også ville fungere med avløpsvann, og gi en annen kilde til hydrogen fra vann som ellers er ubrukelig uten kostbar behandling.

"De fleste bruker rent ferskvann for å produsere hydrogen ved vannsplitting," sa han. "Men tilgjengeligheten av rent ferskvann er begrenset."

For å møte utfordringene designet og syntetiserte forskerne en tredimensjonal kjerne-skall oksygenutviklingsreaksjonskatalysator ved bruk av overgangsmetallnitrid, med nanopartikler laget av en nikkel-jern-nitridforbindelse og nikkel-molybden-nitrid nanoroder på porøst nikkelskum.

Førsteforfatter Luo Yu, en postdoktor ved UH som også er tilknyttet Central China Normal University, sa at den nye oksygenutviklingsreaksjonskatalysatoren ble sammenkoblet med en tidligere rapportert hydrogenevolusjonsreaksjonskatalysator av nikkel-molybden-nitrid nanoroder.

Katalysatorene ble integrert i en to-elektrodes alkalisk elektrolysator, som kan drives av spillvarme via en termoelektrisk enhet eller av et AA-batteri.

Cellespenninger som kreves for å produsere en strømtetthet på 100 milliampere per kvadratcentimeter (et mål på strømtetthet, eller mA cm-2) varierte fra 1,564 V til 1,581 V.

Spenningen er betydelig, sa Yu, fordi mens en spenning på minst 1,23 V kreves for å produsere hydrogen, produseres klor ved en spenning på 1,73 V, noe som betyr at enheten måtte være i stand til å produsere meningsfulle nivåer av strømtetthet med en spenning mellom de to nivåene.

I tillegg til Ren og Yu, inkluderer 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 siste vitenskapsnyhetene med ScienceDailys gratis nyhetsbrev på e-post, som oppdateres daglig og ukentlig. Eller se oppdaterte nyhetsfeeder hver time i RSS-leseren din:

Fortell oss hva du synes om ScienceDaily - vi tar gjerne imot både positive og negative kommentarer. Har du problemer med å bruke siden? Spørsmål?