Havsvatten är en av de rikligaste resurserna på jorden och erbjuder lovande både som en källa till väte - önskvärd som en källa till ren energi - och som dricksvatten i torra klimat. Men även när vattenuppdelningstekniker som kan producera väte från sötvatten har blivit effektivare, har havsvatten förblivit en utmaning.

Forskare från University of Houston har rapporterat ett betydande genombrott med en ny syreutvecklingsreaktionskatalysator som, i kombination med en väteutvecklingsreaktionskatalysator, uppnådde strömtätheter som kan stödja industriella krav samtidigt som den kräver relativt låg spänning för att starta havsvattenelektrolys.

Forskare säger att enheten, som består av billiga icke-ädelmetallnitrider, lyckas undvika många av de hinder som har begränsat tidigare försök att billigt producera väte eller säkert dricksvatten från havsvatten. Arbetet beskrivs i Nature Communications.

Zhifeng Ren, chef för Texas Center for Superconductivity vid UH och motsvarande författare för tidningen, sa att ett stort hinder har varit bristen på en katalysator som effektivt kan dela havsvatten för att producera väte utan att även frigöra joner av natrium, klor, kalcium och andra komponenter i havsvatten, som en gång frigjorts kan sätta sig på katalysatorn och göra den inaktiv. Klorjoner är särskilt problematiska, delvis eftersom klor bara kräver något högre spänning för att frigöra än vad som behövs för att frigöra väte.

Forskarna testade katalysatorerna med havsvatten från Galveston Bay utanför Texaskusten. Ren, MD Anderson ordförande professor i fysik vid UH, sa att det också skulle fungera med avloppsvatten, vilket ger en annan källa till väte från vatten som annars är oanvändbart utan kostsam behandling.

"De flesta människor använder rent sötvatten för att producera väte genom vattendelning," sa han. "Men tillgången på rent sötvatten är begränsad."

För att möta utmaningarna designade og syntetiserade forskarna en tredimensionell kärna-skal syreutvecklingsreaktionskatalysator med användning av övergångsmetallnitrid, med nanopartiklar gjorda av en nickel-järn-nitridförening och nickel-molybden-nitrid nanorods på poröst nickelskum.

Första författaren Luo Yu, en postdoktor vid UH som också är knuten till Central China Normal University, sa att den nya reaktionskatalysatorn för syreutveckling var ihopkopplad med en tidigare rapporterad reaktionskatalysator för väteutveckling av nickel-molybden-nitrid nanorods.

Katalysatorerna integrerades i en alkalisk elektrolysator med två elektroder, som kan drivas av spillvärme via en termoelektrisk enhet eller av ett AA-batteri.

Cellspänningar som krävs för att producera en strömtäthet på 100 milliampere per kvadratcentimeter (ett mått på strömtäthet, eller mA cm-2) varierade från 1,564 V till 1,581 V.

Spänningen är betydande, sade Yu, för medan en spänning på minst 1,23 V krävs för att producera väte, produceras klor vid en spänning på 1,73 V, vilket betyder att enheten måste kunna producera meningsfulla nivåer av strömtäthet med en spänning mellan de två nivåerna.

Förutom Ren och Yu inkluderar forskare på uppsatsen Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao och Shuo Chen, alla från UH; och Ying Yu från Central China Normal University.

Få de senaste vetenskapsnyheterna med ScienceDailys kostnadsfria nyhetsbrev via e-post, som uppdateras dagligen och varje vecka. Eller se uppdaterade nyhetsflöden varje timme i din RSS-läsare:

Berätta för oss vad du tycker om ScienceDaily - vi välkomnar både positiva och negativa kommentarer. Har du problem med att använda sidan? Frågor?