น้ำทะเลเป็นหนึ่งในทรัพยากรที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดในโลก โดยเป็นแหล่งของไฮโดรเจนซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาด และเป็นน้ำดื่มในสภาพอากาศที่แห้งแล้ง แม้ว่าเทคโนโลยีการแยกน้ำที่สามารถผลิตไฮโดรเจนจากน้ำจืดจะมีประสิทธิผลมากขึ้น แต่น้ำทะเลก็ยังคงเป็นสิ่งที่ท้าทาย

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮูสตันได้รายงานถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจนตัวใหม่ ซึ่งเมื่อรวมกับตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจน ทำให้มีความหนาแน่นในปัจจุบันที่สามารถรองรับความต้องการของอุตสาหกรรม ในขณะที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำเพื่อเริ่มกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำทะเล

นักวิจัยกล่าวว่าอุปกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยไนไตรด์โลหะที่ไม่ใช่โลหะมีตระกูลราคาไม่แพง สามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคต่างๆ มากมายที่จำกัดความพยายามก่อนหน้านี้ในการผลิตไฮโดรเจนหรือน้ำดื่มที่ปลอดภัยจากน้ำทะเลในราคาไม่แพง งานนี้อธิบายไว้ใน Nature Communications

Zhifeng Ren ผู้อำนวยการศูนย์ตัวนำยิ่งยวดของรัฐเท็กซัสที่ UH และผู้เขียนรายงานกล่าวว่าอุปสรรคสำคัญคือการไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถแยกน้ำทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อผลิตไฮโดรเจนโดยไม่ต้องตั้งค่าไอออนอิสระของโซเดียม คลอรีน และแคลเซียมด้วย และส่วนประกอบอื่นๆ ของน้ำทะเลซึ่งเมื่อถูกปลดปล่อยออกมาสามารถจับตัวกับตัวเร่งปฏิกิริยาและทำให้ไม่ทำงานได้ ไอออนของคลอรีนเป็นปัญหาอย่างยิ่ง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะคลอรีนต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเล็กน้อยในการปลดปล่อยไฮโดรเจน

นักวิจัยได้ทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยน้ำทะเลที่ดึงมาจากอ่าวกัลเวสตันนอกชายฝั่งเท็กซัส Ren, MD Anderson ประธานศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ UH กล่าวว่ามันจะทำงานร่วมกับน้ำเสียได้โดยให้แหล่งไฮโดรเจนจากน้ำอีกแหล่งหนึ่งซึ่งไม่สามารถใช้งานได้หากไม่มีการบำบัดที่มีราคาแพง

“คนส่วนใหญ่ใช้น้ำจืดสะอาดเพื่อผลิตไฮโดรเจนโดยการแยกน้ำ” เขากล่าว “แต่ความพร้อมของน้ำจืดนั้นมีจำกัด”

เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ นักวิจัยได้ออกแบบและสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาวิวัฒนาการออกซิเจนแกนเปลือกสามมิติโดยใช้ทรานซิชันโลหะไนไตรด์ โดยมีอนุภาคนาโนที่ทำจากสารประกอบนิกเกิล-เหล็ก-ไนไตรด์ และแท่งนาโนนิกเกิล-โมลิบดีนัม-ไนไตรด์บนโฟมนิกเกิลที่มีรูพรุน

ผู้เขียนคนแรก Luo Yu นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UH ซึ่งอยู่ในเครือของ Central China Normal University กล่าวว่าตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจนใหม่ถูกจับคู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ของ nanorods นิกเกิล-โมลิบดีนัม-ไนไตรด์

ตัวเร่งปฏิกิริยาถูกรวมเข้ากับอิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์แบบสองอิเล็กโทรด ซึ่งสามารถขับเคลื่อนด้วยความร้อนเหลือทิ้งผ่านอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกหรือจากแบตเตอรี่ AA

แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ที่จำเป็นในการสร้างความหนาแน่นกระแส 100 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร (การวัดความหนาแน่นกระแสหรือ mA cm-2) อยู่ในช่วงตั้งแต่ 1.564 V ถึง 1.581 V

Yu กล่าวว่าแรงดันไฟฟ้ามีความสำคัญ เนื่องจากในขณะที่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 1.23 V เพื่อผลิตไฮโดรเจน แต่คลอรีนจะผลิตที่แรงดันไฟฟ้า 1.73 V ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์จะต้องสามารถสร้างระดับความหนาแน่นกระแสที่มีนัยสำคัญด้วยแรงดันไฟฟ้า ระหว่างทั้งสองระดับ

นอกจาก Ren และ Yu แล้ว นักวิจัยในรายงานยังรวมถึง Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao และ Shuo Chen ทั้งหมดจาก UH; และ Ying Yu จาก Central China Normal University

รับข่าวสารวิทยาศาสตร์ล่าสุดด้วยจดหมายข่าวทางอีเมลฟรีของ ScienceDaily อัปเดตรายวันและรายสัปดาห์ หรือดูฟีดข่าวที่อัปเดตทุกชั่วโมงในโปรแกรมอ่าน RSS ของคุณ:

บอกเราว่าคุณคิดอย่างไรกับ ScienceDaily เรายินดีรับความคิดเห็นทั้งเชิงบวกและเชิงลบ มีปัญหาในการใช้งานเว็บไซต์หรือไม่? คำถาม?