Nieuwe doorbraak: MXenen als topkatalysatoren voor zuurstofontwikkeling in groene waterstofproductie

AmsterdamEen internationaal onderzoeksteam onder leiding van HZB-chemicus Michelle Browne heeft belangrijke vooruitgang geboekt in het verbeteren van de efficiëntie en duurzaamheid van katalysatoren voor de zuurstofontwikkelingsreactie bij de productie van groene waterstof. Door koper- en kobalthydroxiden toe te voegen aan MXenen, een soort gelaagd materiaal, creëerde het team een nieuwe katalysator die beter presteert dan traditionele metaaloxidekatalysatoren. Deze verbeterde katalysatoren kunnen nuttig zijn in watersplitsingselektrolysers en brengen ons dichter bij duurzame waterstofbrandstof.

MXenen bestaan uit metalen zoals titanium of vanadium, gecombineerd met elementen zoals koolstof of stikstof, wat resulteert in een aanzienlijke interne oppervlakte. Deze eigenschap maakt ze bijzonder geschikt voor diverse toepassingen, van energieopslag tot katalyse. Eigenschappen die MXenen geschikt maken voor deze toepassingen zijn onder andere:

• Grote interne oppervlakte
• Uitzonderlijke laadopslagcapaciteit
• Flexibiliteit voor chemische modificaties

Het team ontdekte dat MXene-katalysatoren, vervaardigd via een speciaal proces, zowel efficiënter als duurzamer waren dan nikkeloxiden. Nikkeloxiden breken snel af in een alkalische omgeving en geleiden elektriciteit slecht. MXene-katalysatoren daarentegen degradeerden helemaal niet en presteerden zelfs beter bij continu gebruik.

De stabiliteit en prestaties van deze materialen zijn bevestigd door uitgebreid testen bij BESSY II in Duitsland en de Soleil Synchrotron in Frankrijk. Verschillende technieken zoals scanning-elektronenmicroscopie (SEM/TEM), röntgendiffractie (XRD) en röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) werden toegepast. Uit deze tests bleek er aanzienlijke verschillen te zijn tussen de buiten- en binnenoppervlakken van MXenen, wat de hoge effectiviteit van de verbeterde katalysatoren verklaart.

Dit onderzoek kan aanzienlijke voordelen opleveren. Met de toenemende vraag naar hernieuwbare energie kunnen nieuwe en efficiënte elektrolysers de manier waarop we groene waterstof produceren veranderen. Deze verbeteringen kunnen het gebruik van waterstof als schone energiebron meer gangbaar en betaalbaarder maken.

Het team werkt door met Trinity College Dublin en de Universiteit voor Chemie en Technologie in Praag. Ze verkennen nieuwe typen MXenen en testen deze materialen in standaard elektrolysers die continu werken. Dit onderzoek kan leiden tot efficiënte en schaalbare methoden voor de productie van groene waterstof, wat bijdraagt aan wereldwijde koolstofneutraliteit.