Merevee elektrolüüs on paljulubav võimalus rohelist vesinikku toota. Merevees sisalduv kloor, mis seni takistuseks olnud, ei hävita uusi katalüsaatoreid.
Hiina Teaduste Akadeemia Qingdao bioenergia ja bioprotsessitehnoloogia instituudi (QIBEBT) teadlased koos oma kaastöötajatega on välja töötanud tõhusa elektrokatalüsaatori nimega Co-N/S-HCS. See peab merevee toimele palju paremini vastu kui senised lahendused.
“Meie töö on oluliselt suurendanud katalüsaatori vastupidavust klooriiooni Cl⁻ korrosioonile, häälestades hoolikalt koobalti aatomit ümbritsevat elektroonilist keskkonda,” ütles dr ZHANG Canhui, uuringu esimene autor ja QIBEBT teadur. “See annab Co-N/S-HCS-ile nii pikaajalise stabiilsuse kui ka kõrge aktiivsuse.”
Uuringu tulemused avaldati ajakirjas Chem Catalysis 13. novembril.
Merevee lagundamine vesinikuks ja hapnikuks
Co-N/S-HCS elektrokatalüsaator kasutab asümmeetrilist CoN3S1 struktuuri, milles iga koobalti (Co) aatom on koordineeritud kolme lämmastiku (N) aatomiga ja ühe väävliaatomiga (S). See asümmeetriline CoN₃S₁ konfiguratsioon muudab elektronide jaotust Co-keskuse ümber võrreldes sümmeetrilise CoN4 konfiguratsiooniga, nõrgendades seeläbi söövitavat Cl⁻ adsorptsiooni ja parandab katalüsaatori jõudlust mereveepõhistes elektrolüütides.
Kohandatud CoN₃S₁ konfiguratsioon mitte ainult ei leevenda Cl- söövitavat mõju, vaid optimeerib ka katalüsaatori trifunktsionaalset aktiivsust, hõlbustades võtmereaktsioone, nagu hapniku redutseerimine, hapniku eraldumine ja vesiniku eraldumine.
“See mitmeotstarbelisus on mereveel põhinevate energiasüsteemide praktiliste rakenduste jaoks hädavajalik,” ütles dr WANG Xingkun QIBEBT-st, üks uuringu autoritest.
Vesinikutootmise muljetavaldav jõudlus ja stabiilsus
Teadlased parandasid oma disaini veelgi, integreerides Co-N/S-HCS-i isejuhitavasse merevee lõhustamise süsteemi. See süsteem koos mereveepõhise Zn-õhk akuga (S-ZAB) ja kahe elektroodiga elektrolüüsiseadmega näitas muljetavaldavat jõudlust. S-ZAB-id näitasid stabiilset tööd kuni 650 tundi ja kahe elektroodiga elektrolüüsiseadmed näitasid stabiilset jõudlust üle 1100 tunni. Veelgi olulisem on see, et integreeritud süsteem on ületanud CoSA/N, S-HCS süsteemi, saavutades suurema vesiniku tootmiskiiruse 469 µmol/h võrreldes nende praeguse kiirusega 184 µmol/h.
Co-N/S-HCS kasutav lahendus võib olla kasulik muude merevee rakenduste jaoks, nagu merevee magestamine ja täiustatud energiasalvestus.
“Co-N/S-HCS tugevus avab põnevaid võimalusi jätkusuutlikuks vesiniku tootmiseks veepuudusega piirkondades, vähendades kulusid ja minimeerides keskkonnamõju,” ütles professor HUANG Minghua Hiina Ookeaniülikoolist.
Samm mereveel põhinevate energialahenduste suunas
Need leiud loovad tugeva aluse mereveekindlate katalüsaatorite kavandamiseks. Uuring tähistab kriitilist sammu mereveel põhinevate energialahenduste edendamisel.
“Loodame, et see töö inspireerib edasisi edusamme säästva vesiniku tootmises, mis suudab rahuldada globaalseid energiavajadusi,” ütles QIBEBT professor JIANG Heqing.
Uuring: https://www.cell.com/chem-catalysis/abstract/S2667-1093(24)00362-2
Loe ka Eriti säästlik vesinikutootmine päikesest ja sõnnikust