Schakelbare katalytische nanointerfaces kunnen de levensduur van het waterstofproductiesysteem verlengen

Een onderzoeksteam van CIQUS (University of Santiago de Compostela) heeft een nieuw katalytisch materiaal ontwikkeld dat naar believen kan worden ingeschakeld – een doorbraak die de levensduur van waterstofproductiesystemen aanzienlijk kan verlengen en het proces efficiënter en duurzamer kan maken.

Het produceren van groene waterstof door waterelektrolyse – die elektriciteit gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof – is een van de meest veelbelovende routes om energie te schone. De materialen die deze reactie aandrijven (elektrokatalysatoren genoemd) degraderen echter vaak snel af met gebruik. Naarmate hun activiteit in de loop van de tijd afneemt, worden systemen minder efficiënt en duurder om te werken.

Om deze uitdaging aan te gaan, hebben onderzoekers van het Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials (CIQU’s) een nieuwe hybride katalysator ontworpen die kan schakelen tussen een actieve en een rusttoestand door eenvoudige elektrische aanpassingen, net als een schakelaar. Hun werk is geweest gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde wetenschap.

Het nieuwe materiaal bestaat uit kleine palladium nanodeeltjes ingebed in holle koolstof nanovezels. Deze buisvormige structuren zijn niet alleen beschermend – de deeltjes bevatten om samen te klonteren en afbreken – maar spelen ook een actieve rol in het schakelmechanisme.

De belangrijkste innovatie ligt in de gecontroleerde en omkeerbare activering van de katalysator. Door zwavel in het systeem te introduceren, creëerden de onderzoekers een dynamische chemische omgeving waar de katalysator tussen twee staten kan overgaan. In zijn actieve modus bevordert het efficiënt de productie van waterstof. Wanneer inactief, wordt het effectief “gepauzeerd” – verwijderd van processen die anders de effectiviteit ervan in de loop van de tijd zouden verminderen.

“We hebben een katalysator ontwikkeld die indien nodig kan worden ingeschakeld”, legt Ciqus -onderzoeker María Giménez López uit, die de studie leidde. “Dit opent de deur naar slimmere, duurzamere systemen voor industriële waterstofproductie.”

Het schakelproces is volledig omkeerbaar. De katalysator kan worden opnieuw geactiveerd door een specifiek elektrisch signaal toe te passen, waardoor het waterstofgenererende vermogen wordt hersteld. Dit maakt on-demand controle mogelijk, waardoor de gebruiksduur van het materiaal wordt vergroot en waardevolle bronnen zoals palladium beter wordt gebruikt.

Naast dit specifieke systeem geloven de onderzoekers dat de strategie kan worden toegepast op andere soorten katalysatoren en reacties. “Onze bevindingen laten zien dat het mogelijk is om de levensduur van de katalysator te verbeteren zonder de prestaties in gevaar te brengen”, voegt Giménez López toe. “Dit kan een reële impact hebben op technologieën voor schone energie.”