Technion-Forscher entdecken effiziente Methode zur Herstellung von Wasserstoffkraftstoff

Technion-Forscher haben ein neues System entwickelt, um mit wenig Energie und kostengünstigen Materialien Wasserstoff aus Wasser herzustellen

Die Wasserelektrolyse ist eine einfache Möglichkeit, Wasserstoffgas zu erzeugen. Während Wasserstoff als sauberer, erneuerbarer Kraftstoff gilt, erfordert eine effiziente Elektrolyse ein hohes elektrisches Potenzial, einen hohen pH-Wert und in den meisten Fällen Katalysatoren auf Basis von Ruthenium und anderen teuren Metallen. Aufgrund des inhärenten Versprechens von Wasserstoff streben viele Forschungsgruppen an, Elektrolysetechnologien zu entwickeln, die es ermöglichen, Wasserstoffkraftstoff bei einem niedrigen elektrischen Potenzial, bei einem pH-Wert zwischen 7-9 und mit Katalysatoren auf Basis verfügbarer und kostengünstiger Metalle wie z Kupfer, Mangan und Kobalt herzustellen.

Aktuell haben Technion-Forscher ein einzigartiges System zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasser mit wenig Energie und kostengünstigen Materialien entwickelt, wie das Journal of the American Chemical Society kürzlich berichtete. Es ist das schnellste bisher beschriebene System seiner Art, das mit verfügbaren Metall-(Kupfer-)Katalysatoren arbeitet. Die Forschung wurde von Professor Galia Maayan, Leiterin des Labors für biomimetische Chemie an der Fakultät für Chemie in Schulich, zusammen mit dem Doktoranden Guilin Ruan geleitet.

Die Forscher entwarfen und entwickelten ein homogenes Elektrolysesystem, also ein System, bei dem der Katalysator in Wasser löslich ist, sodass sich alle Komponenten des Systems im gleichen Medium befinden. Das innovative und originelle System basiert auf (1) Kupferionen; (2) ein peptidähnliches Oligomer (kleines Molekül), das das Kupfer bindet und seine Stabilität beibehält; und (3) eine Borat genannte Verbindung, deren Funktion es ist, den pH-Wert innerhalb eines begrenzten Bereiches zu halten. Die wichtigste Entdeckung in dieser Studie ist der einzigartige Mechanismus, den die Forscher entdeckten und demonstrierten: Die Boratverbindung hilft, das Metallzentrum zu stabilisieren und beteiligt sich an dem Prozess, sodass es katalysiert.

In früheren Studien zeigte die Forschungsgruppe die Wirksamkeit der Verwendung peptidähnlicher Oligomere zur Stabilisierung von Metallionen, die Sauerstoff ausgesetzt sind – eine Exposition, die sie in Abwesenheit des Oligomers oxidieren und den Katalysator abbauen kann. Jüngst berichten die Forscher über den Erfolg, ein sehr effizientes und schnelles Elektrolysesystem zu schaffen. Das stabile System oxidiert das Wasser unter den gleichen gewünschten Bedingungen zu Wasserstoff und Sauerstoff: niedriges elektrisches Potenzial, pH-Wert nahe 9 und kostengünstige Katalysatoren.

Inspiriert wurde das System laut Prof. Maayan von Enzymen (biologischen Katalysatoren), die die Peptidkette des Proteins nutzen, um das metallische Zentrum zu stabilisieren, und von natürlichen energetischen Prozessen wie der Photosynthese, die von Einheiten angetrieben werden, die Sonnenenergie nutzen, um Elektronen und Protonen zu transportieren .

Die Forschung wurde von der Israel Science Foundation (ISF) und dem Nancy and Stephen Grand Technion Energy Program unterstützt.

Quelle

Forschungsbericht