Pioniers in groene waterstofproductie: geavanceerde fotokatalysator van Oregon State University maakt doorbraak

AmsterdamOnderzoekers van de Oregon State University hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat efficiënt schone energie kan produceren uit zonlicht en water. Dit materiaal werkt als een fotokatalysator en helpt bij de productie van waterstof. Waterstof is cruciaal voor brandstofcellen in auto's, het maken van chemicaliën zoals ammoniak, het raffineren van metalen en het produceren van kunststoffen. Deze ontdekking kan een krachtig nieuw middel zijn om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en klimaatverandering tegen te gaan.

Kyriakos Stylianou en zijn team aan de OSU College of Science doen onderzoek naar metaal-organische netwerken (MOFs). Dit zijn materialen met kleine gaatjes die voor verschillende toepassingen kunnen worden aangepast. MOFs bestaan uit metaalionen die verbonden zijn door organische moleculen.

In dit onderzoek gebruikte het team rutheniumoxide, titaniumoxide en zwavel- en stikstofdotatie om een heterojunctie te vormen. Dit is een combinatie van twee materialen met aanvullende eigenschappen die het fotokatalysatorvermogen verbeteren om water te splitsen in waterstof onder invloed van zonlicht. Ze noemen dit nieuwe materiaal RTTA.

Door verschillende soorten RTTAs met uiteenlopende hoeveelheden oxiden te testen, ontdekten ze dat RTTA-1 het meest effectief was. RTTA-1, die het minste hoeveelheid rutheniumoxide bevat, produceerde waterstof het snelst en had een hoog kwantumrendement. Binnen een uur produceerde één gram RTTA-1 meer dan 10.700 micromol waterstof.

Volgens Stylianou werkt RTTA-1 goed omdat de eigenschappen van de metaaloxiden en de oppervlaktestructuren van de oorspronkelijke MOF effectief samensmelten. Deze nieuwe methode kan de productie van waterstof duurzamer en efficiënter maken.

Lees ook:

Vandaag · 04:09

Antilichamen in moedermelk: bescherming tegen maagdarminfecties

Het produceren van waterstof uit water met deze nieuwe fotokatalysator is schoner dan het gebruik van aardgas. Gewoonlijk wordt waterstof gemaakt door methaan-stoomreforming, wat kooldioxide vrijgeeft. De nieuwe methode maakt gebruik van zonne-energie en is daardoor een milieuvriendelijker alternatief.

Waterstof opwekken via elektrokatalyse houdt in dat er elektriciteit door een katalysator wordt geleid, maar om duurzaam te zijn, moet dit op basis van hernieuwbare energie. Daarnaast moeten de kosten concurrerend zijn met de methaan-stoom reforming methode, die waterstof produceert voor ongeveer $1,50 per kilogram, terwijl groene waterstof rond de $5 per kilogram kost.

Stylianou legde uit dat water een overvloedige bron van waterstof is en dat we zonlicht kunnen gebruiken om waterstof te produceren via fotokatalyse. Hoewel rutheniumoxide duur is, maakt de kleine hoeveelheid die nodig is in RTTA-1 het minder problematisch voor industrieel gebruik. Als de katalysator stabiel en betrouwbaar blijft, wordt de kostprijs van de kleine hoeveelheid rutheniumoxide minder belangrijk.

Het onderzoek werd gefinancierd door de Faculteit der Wetenschappen van OSU, de afdeling Scheikunde, en gepensioneerde leraren uit het openbaar onderwijs en OSU-alumni Brian en Marilyn Kleiner. Het project werd gepubliceerd in Angewandte Chemie en geleid door promotiestudenten Emmanuel Musa, Ankit Yadav en Kyle Smith. Andere teamleden waren professor Xiulei "David" Ji, directeur van de Elektronenmicroscoop Faciliteit Peter Eschbach, postdoctoraal onderzoeker Min Soo Jung en gastdocent William Stickle.