Wasserstoff hat in den letzten Jahren als potenzielle Quelle f\u00fcr saubere Energie Aufmerksamkeit erregt, da er ohne klimasch\u00e4dliche Emissionen verbrennt. Herk\u00f6mmliche Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff haben jedoch einen erheblichen Kohlenstoff-Fu\u00dfabdruck, und sauberere Methoden sind teuer und technisch komplex.<\/p>\n\n\n\n
Jetzt berichten Forscher \u00fcber einen bedeutenden Fortschritt: einen Zwei-Elektroden-Katalysator, der sich auf eine einzige Verbindung st\u00fctzt, um effizient Wasserstoff und Sauerstoff sowohl aus Meer- als auch aus S\u00fc\u00dfwasser zu erzeugen. Fr\u00fchere Versuche mit solchen bifunktionalen Katalysatoren zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff haben im Allgemeinen zu einer schlechten Leistung in einer der beiden Funktionen gef\u00fchrt. Die Verwendung von zwei getrennten Katalysatoren funktioniert zwar, erh\u00f6ht aber die Herstellungskosten der Katalysatoren.<\/p>\n\n\n\n
In ihrer in der Zeitschrift Energy & Environmental Science<\/em> beschriebenen Arbeit berichten Forscher der University of Houston, der Chinese University of Hong Kong und der Central China Normal University \u00fcber die Verwendung einer Nickel\/Molybd\u00e4n\/Stickstoff-Verbindung, die mit einer geringen Menge Eisen verfeinert und auf Nickelschaum gez\u00fcchtet wurde, um effizient Wasserstoff zu erzeugen und dann durch einen Prozess der elektrochemischen Rekonstruktion, der durch eine zyklische Spannung ausgel\u00f6st wird, in eine Verbindung umgewandelt wird, die eine \u00e4hnlich starke Sauerstoffentwicklungsreaktion erzeugt.<\/p>\n\n\n\n Die Forscher erkl\u00e4rten, dass die Verwendung einer einzigen Verbindung sowohl f\u00fcr die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) als auch f\u00fcr die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) – wenn auch leicht ver\u00e4ndert durch den Rekonstruktionsprozess – nicht nur die Wasserspaltung erschwinglicher macht, sondern auch die technischen Herausforderungen vereinfacht.<\/p>\n\n\n\n Die meisten Materialien sind entweder f\u00fcr die HER oder die OER am besten geeignet, aber beide Reaktionen sind erforderlich, um die chemische Reaktion zu vervollst\u00e4ndigen und Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen. Zhifeng Ren, Direktor des Texas Center for Superconductivity an der UH und korrespondierender Autor der Studie, sagte, der neue Katalysator erm\u00f6gliche nicht nur einen effizienten Betrieb mit einem einzigen Katalysator, sondern funktioniere auch in Meer- und S\u00fc\u00dfwasser gleicherma\u00dfen gut. “Verglichen mit bestehenden Katalysatoren ist dies die beste jemals gemeldete L\u00f6sung”, sagte er.<\/p>\n\n\n\n Bei Verwendung von alkalischem Meerwasser und unter quasi-industriellen Bedingungen lieferte der Katalysator eine Stromdichte von 1.000 Milliampere\/Quadratzentimeter bei einer Spannung von nur 1,56 Volt im Meerwasser und blieb bei den Tests 80 Stunden lang stabil.<\/p>\n\n\n\n Die starke Leistung des Katalysators im Meerwasser k\u00f6nnte ein Problem l\u00f6sen: Die meisten verf\u00fcgbaren Katalysatoren funktionieren am besten in S\u00fc\u00dfwasser. Die Spaltung von Meerwasser ist komplizierter, unter anderem wegen der Korrosion, die durch das Salz und andere Mineralien entsteht. Ren, der auch M.D. Anderson Professor f\u00fcr Physik an der UH ist, sagte, dass der neue Katalysator auch reinen Sauerstoff erzeugt und damit das potenzielle Nebenprodukt des korrosiven Chlorgases vermeidet, das bei einigen Katalysatoren entsteht.<\/p>\n\n\n\n Die S\u00fc\u00dfwasservorr\u00e4te sind jedoch aufgrund von D\u00fcrre und Bev\u00f6lkerungswachstum zunehmend begrenzt. Meerwasser hingegen ist im \u00dcberfluss vorhanden. “Normalerweise erfordert ein Katalysator, selbst wenn er f\u00fcr salziges Wasser funktioniert, einen h\u00f6heren Energieverbrauch”, so Ren. “In diesem Fall ist es eine sehr gute Nachricht, dass er fast den gleichen Energieverbrauch wie S\u00fc\u00dfwasser ben\u00f6tigt”.<\/p>\n\n\n\n Shuo Chen, au\u00dferordentlicher Professor f\u00fcr Physik an der UH und Mitverfasser der Studie, sagte, dass die hohe Stromdichte des Katalysators bei einer relativ niedrigen Spannung die Energiekosten f\u00fcr die Herstellung von Wasserstoff senkt. Aber das ist nur eine M\u00f6glichkeit, wie der Katalysator die Erschwinglichkeit verbessern kann, so Chen, der auch ein leitender Forscher bei der TcSUH ist.<\/p>\n\n\n\n Durch die Verwendung eines Materials – der mit Eisen veredelten Nickel\/Molybd\u00e4n\/Stickstoff-Verbindung – f\u00fcr den HER und die anschlie\u00dfende Verwendung der Zyklusspannung zur Ausl\u00f6sung einer elektrochemischen Rekonstruktion zur Herstellung eines etwas anderen Materials, eines Eisenoxid\/Molybd\u00e4n\/Nickeloxids, f\u00fcr den OER, k\u00f6nnen die Forscher auf einen zweiten Katalysator verzichten und gleichzeitig die technischen Anforderungen vereinfachen, so Chen.<\/p>\n\n\n\n “Wenn man ein Ger\u00e4t mit zwei verschiedenen Materialien auf zwei Elektroden herstellt, muss man herausfinden, wie die elektrische Ladung durch jede Elektrode flie\u00dfen kann, und die Struktur so gestalten, dass sie dazu passt”, sagte sie. “In diesem Fall ist das Material nicht genau dasselbe, weil eine (Elektrode) elektrochemisch umgebaut wird, aber es ist ein sehr \u00e4hnliches Material, so dass die Konstruktion einfacher ist.”<\/p>\n\n\n\n Originalver\u00f6ffentlichung<\/p>\n\n\n\n