Woda morska jest jednym z najbogatszych zasobów na Ziemi, obiecującym zarówno jako źródło wodoru – pożądanego jako źródło czystej energii – jak i wody pitnej w suchym klimacie. Jednak nawet gdy technologie rozszczepiania wody umożliwiające produkcję wodoru ze słodkiej wody stały się bardziej skuteczne, woda morska pozostaje wyzwaniem.

Naukowcy z Uniwersytetu w Houston ogłosili znaczący przełom w postaci nowego katalizatora reakcji wydzielania tlenu, który w połączeniu z katalizatorem reakcji wydzielania wodoru pozwolił uzyskać gęstości prądu zdolne sprostać wymaganiom przemysłowym, a jednocześnie wymagać stosunkowo niskiego napięcia do rozpoczęcia elektrolizy wody morskiej.

Naukowcy twierdzą, że urządzeniu składającemu się z niedrogich azotków metali nieszlachetnych udaje się ominąć wiele przeszkód, które utrudniały wcześniejsze próby niedrogiego wytwarzania wodoru lub bezpiecznej wody pitnej z wody morskiej. Praca została opisana w Nature Communications.

Zhifeng Ren, dyrektor Texas Center for Superconductivity na UH i współautor artykułu, powiedział, że główną przeszkodą jest brak katalizatora, który mógłby skutecznie rozszczepiać wodę morską w celu wytworzenia wodoru, nie uwalniając jednocześnie wolnych jonów sodu, chloru i wapnia i inne składniki wody morskiej, które po uwolnieniu mogą osadzić się na katalizatorze i uczynić go nieaktywnym. Jony chloru są szczególnie problematyczne, po części dlatego, że do uwolnienia chloru potrzebne jest tylko nieco wyższe napięcie niż jest to potrzebne do uwolnienia wodoru.

Naukowcy przetestowali katalizatory przy użyciu wody morskiej pobieranej z zatoki Galveston u wybrzeży Teksasu. Ren, MD Anderson, profesor fizyki na UH, powiedział, że będzie to działać również ze ściekami, zapewniając kolejne źródło wodoru z wody, która w innym przypadku byłaby bezużyteczna bez kosztownego oczyszczania.

„Większość ludzi wykorzystuje czystą słodką wodę do produkcji wodoru w drodze rozszczepiania wody” – powiedział. „Ale dostępność czystej słodkiej wody jest ograniczona”.

Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy zaprojektowali i zsyntetyzowali trójwymiarowy katalizator reakcji wydzielania tlenu typu rdzeń-powłoka, wykorzystujący azotek metalu przejściowego, z nanocząsteczkami wykonanymi ze związku azotku niklu, żelaza i nanoprętów azotku niklu, molibdenu na porowatej piance niklowej.

Pierwszy autor Luo Yu, doktorant na UH, który jest również powiązany z Central China Normal University, powiedział, że nowy katalizator reakcji wydzielania tlenu połączono z wcześniej opisanym katalizatorem reakcji wydzielania wodoru w postaci nanoprętów niklu, molibdenu i azotku.

Katalizatory zintegrowano z dwuelektrodowym elektrolizerem alkalicznym, który może być zasilany ciepłem odpadowym za pośrednictwem urządzenia termoelektrycznego lub baterii AA.

Napięcia ogniw wymagane do wytworzenia gęstości prądu 100 miliamperów na centymetr kwadratowy (miara gęstości prądu, czyli mA cm-2) wahały się od 1,564 V do 1,581 V.

Yu powiedział, że napięcie jest znaczące, ponieważ podczas gdy do wytworzenia wodoru wymagane jest napięcie co najmniej 1,23 V, chlor jest wytwarzany przy napięciu 1,73 V, co oznacza, że ​​urządzenie musi być w stanie wytworzyć znaczny poziom gęstości prądu przy napięciu pomiędzy dwoma poziomami.

Oprócz Ren i Yu badacze piszący o artykule to Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao i Shuo Chen, wszyscy z UH; i Ying Yu z Central China Normal University.

Otrzymuj najnowsze wiadomości naukowe dzięki bezpłatnym biuletynom e-mailowym ScienceDaily, aktualizowanym codziennie i co tydzień. Lub przeglądaj co godzinę aktualizowane kanały informacyjne w swoim czytniku RSS:

Podziel się z nami swoją opinią o ScienceDaily — jesteśmy otwarci zarówno na pozytywne, jak i negatywne komentarze. Masz problemy z korzystaniem z serwisu? Pytania?