Nước biển là một trong những nguồn tài nguyên phong phú nhất trên trái đất, hứa hẹn vừa là nguồn hydro - được mong muốn là nguồn năng lượng sạch - vừa là nước uống ở vùng khí hậu khô cằn. Nhưng ngay cả khi các công nghệ tách nước có khả năng sản xuất hydro từ nước ngọt đã trở nên hiệu quả hơn thì nước biển vẫn là một thách thức.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Houston đã báo cáo một bước đột phá đáng kể với chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy mới, kết hợp với chất xúc tác phản ứng tiến hóa hydro, đạt được mật độ dòng điện có khả năng hỗ trợ nhu cầu công nghiệp trong khi yêu cầu điện áp tương đối thấp để bắt đầu điện phân nước biển.

Các nhà nghiên cứu cho biết thiết bị này bao gồm các nitrit kim loại không quý hiếm rẻ tiền, có thể tránh được nhiều trở ngại đã hạn chế những nỗ lực trước đó nhằm sản xuất hydro hoặc nước uống an toàn từ nước biển với chi phí thấp. Công việc được mô tả trong Nature Communications.

Zhifeng Ren, giám đốc Trung tâm Siêu dẫn Texas tại UH và là tác giả tương ứng của bài báo, cho biết trở ngại lớn là thiếu chất xúc tác có thể tách nước biển một cách hiệu quả để sản xuất hydro mà không tạo ra các ion natri, clo, canxi tự do. và các thành phần khác của nước biển, khi được giải phóng có thể lắng đọng trên chất xúc tác và khiến nó không hoạt động. Các ion clo đặc biệt có vấn đề, một phần vì clo chỉ cần điện áp cao hơn một chút để giải phóng so với mức cần thiết để giải phóng hydro.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm chất xúc tác bằng nước biển lấy từ Vịnh Galveston ngoài khơi bờ biển Texas. Ren, MD Anderson, Giáo sư vật lý tại UH, cho biết nó cũng sẽ hoạt động với nước thải, cung cấp một nguồn hydro khác từ nước mà không thể sử dụng được nếu không xử lý tốn kém.

Ông nói: “Hầu hết mọi người sử dụng nước ngọt sạch để sản xuất hydro bằng cách tách nước”. “Nhưng nguồn nước ngọt sạch có sẵn còn hạn chế.”

Để giải quyết những thách thức, các nhà nghiên cứu đã thiết kế và tổng hợp chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy vỏ lõi ba chiều bằng cách sử dụng nitrua kim loại chuyển tiếp, với các hạt nano được tạo thành từ hợp chất nickle-sắt-nitrit và các thanh nano nickle-molybdenum-nitrit trên bọt nickle xốp.

Tác giả đầu tiên Luo Yu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại UH, người cũng liên kết với Đại học Sư phạm Trung ương Trung Quốc, cho biết chất xúc tác phản ứng tiến hóa oxy mới được kết hợp với chất xúc tác phản ứng tiến hóa hydro được báo cáo trước đây của thanh nano nickle-molybdenum-nitride.

Các chất xúc tác được tích hợp vào máy điện phân kiềm hai điện cực, có thể được cung cấp năng lượng bằng nhiệt thải thông qua thiết bị nhiệt điện hoặc bằng pin AA.

Điện áp tế bào cần thiết để tạo ra mật độ dòng điện 100 miliampe trên mỗi cm vuông (đơn vị đo mật độ dòng điện, hoặc mA cm-2) nằm trong khoảng từ 1,564 V đến 1,581 V.

Yu cho biết, điện áp này rất đáng kể bởi vì trong khi cần có điện áp ít nhất là 1,23 V để tạo ra hydro thì clo được tạo ra ở điện áp 1,73 V, nghĩa là thiết bị phải có khả năng tạo ra mức mật độ dòng điện có ý nghĩa với một điện áp. giữa hai cấp độ.

Ngoài Ren và Yu, các nhà nghiên cứu của bài báo bao gồm Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao và Shuo Chen, tất cả đều thuộc UH; và Ying Yu của Đại học Sư phạm Trung ương Trung Quốc.

Nhận tin tức khoa học mới nhất với bản tin email miễn phí của ScienceDaily, được cập nhật hàng ngày và hàng tuần. Hoặc xem các nguồn cấp tin tức được cập nhật hàng giờ trong trình đọc RSS của bạn:

Hãy cho chúng tôi biết suy nghĩ của bạn về ScienceDaily - chúng tôi hoan nghênh cả những nhận xét tích cực và tiêu cực. Có vấn đề gì khi sử dụng trang web? Câu hỏi?