Revolutionera produktionen av grön väte med avancerad fotokatalysator: ny katalysator utnyttjar solljus och vatten

StockholmForskare vid Oregon State University har skapat ett nytt material som effektivt kan framställa ren energi från solljus och vatten. Detta material fungerar som en fotokatalysator, vilket hjälper till att producera väte. Vätgas är viktigt för bränsleceller i bilar, tillverkning av kemikalier som ammoniak, raffinering av metaller och produktion av plaster. Denna upptäckt skulle kunna bli en stark metod för att minska utsläppen av växthusgaser och bekämpa klimatförändringar.

Kyriakos Stylianou och hans team vid OSU College of Science undersöker metall-organiska ramverk (MOFs). Dessa är material med små hål som kan justeras för olika användningsområden. MOFs består av metalljoner som är länkade av organiska molekyler.

I denna studie använde teamet ruteniumoxid, titanoxid samt svavel- och kvävedopning för att skapa en heterojunktion, vilket är en kombination av två material med kompletterande egenskaper. Detta förbättrar fotokatalysatorns förmåga att dela vatten till väte under exponering för solljus. De har kallat det nya materialet för RTTA.

Genom att testa olika typer av RTTAs med varierande mängder oxider upptäckte de att RTTA-1 var den mest effektiva. RTTA-1, som har den minsta mängden av ruteniumoxid, producerade väte snabbast och hade en hög kvantutbyte. På en timme genererade ett gram RTTA-1 över 10 700 mikromol väte.

Stylianou förklarade att RTTA-1 fungerar bra eftersom metalloxidernas egenskaper och ytegenskaperna från den ursprungliga MOF kombineras på ett effektivt sätt. Denna nya metod kan göra väteproduktionen mer hållbar och effektiv.

Läs också:

Idag · 17:05

Förbättra vården med tal-till-text: effektivare arbete och säkrare data inom hälso- och sjukvården

Att framställa väte från vatten med denna nya fotokatalysator är renare än att använda naturgas. Vanligtvis framställs väte genom metan-ångreformering, vilket släpper ut koldioxid. Den nya metoden använder solenergi, vilket gör det till ett mer miljövänligt alternativ.

Att producera väte genom elektrokatalys innebär att leda elektricitet genom en katalysator, men för att vara hållbart måste det använda förnybar energi. Dessutom måste kostnaden vara konkurrenskraftig jämfört med metan-ångreformering, som producerar väte för cirka $1,50 per kilogram, medan grönt väte kostar $5 per kilogram.

Stylianou förklarade att vatten är en riklig källa till väte, och vi kan använda solljus för att producera väte genom fotokatalys. Även om ruteniumoxid är dyrt, är den lilla mängd som behövs i RTTA-1 mindre problematisk för industriell användning. Om katalysatorn förblir stabil och pålitlig blir kostnaden för den lilla mängden ruteniumoxid mindre betydelsefull.

Forskningen finansierades av OSU:s vetenskapsfakultet, kemiska institutionen samt de pensionerade offentliga skollärarna och OSU-alumnerna Brian och Marilyn Kleiner. Projektet publicerades i Angewandte Chemie och leddes av doktoranderna Emmanuel Musa, Ankit Yadav och Kyle Smith. Andra medlemmar i teamet inkluderade professor Xiulei "David" Ji, Electron Microscopy Facility-chefen Peter Eschbach, postdoktorala forskaren Min Soo Jung och adjungerad fakultetsmedlem William Stickle.