Novi elektrokatalizator napravljen od nikla (Ni), gvožđa (Fe) i silicijuma (Si) koji smanjuje količinu energije potrebne za sintezu H 2 iz vode proizveden je na jednostavan i isplativ način, povećavajući praktičnost H 2 kao čista i obnovljiva energija budućnosti.
Vodonik je veoma zapaljiv gas koji može pomoći svetu da postigne svoje ciljeve čiste energije ako se proizvodi na ekološki odgovoran način. Primarna prepreka stvaranju gasovitog vodonika iz vode je velika količina energije potrebna za elektrolizu vode, ili cepanje molekula vode na vodonik (H2) i kiseonik (O2).
Većina H 2 proizvedenog danas se dobija iz fosilnih goriva, što doprinosi globalnom zagrevanju. Proizvodnja H 2 iz vode kroz reakciju evolucije vodonika (HER) zahteva upotrebu katalizatora ili agensa koji smanjuje količinu energije potrebne za hemijsku reakciju. Do nedavno, ovi katalizatori su bili sastavljeni od retkih zemnih metala, poput platine, smanjujući ekonomičnost i praktičnost proizvodnje čistog vodonika.
Grupa naučnika za materijale sa Tehnološkog univerziteta Dalian u Dalijanu, Kina, proizvela je elektrokatalizator, ili katalizator koji koristi električnu energiju, koristeći jeftine materijale i metode za efikasno smanjenje energije potrebne za generisanje čistog H 2 iz vode. Važno je da legura ferik-nikl silicida (FeNiSi) ili mešavina takođe smanjuje energiju potrebnu za stvaranje O 2 iz vode, čineći katalizator bifunkcionalnim.
Istraživači su objavili svoju studiju u Nano Research Energy.
„Ono što zaista ograničava razvoj i praktičnu primenu tehnologije elektrolize vode jesu elektrokatalitički materijali. Trenutno, uobičajeni katalizatori, kao što su plemeniti metali… su uglavnom jednofunkcionalni katalizatori, što ograničava praktičnu primenu vodene elektrolize za proizvodnju vodonika. istraživanje i razvoj efikasnih, stabilnih, jeftinih i ekološki prihvatljivih bifunkcionalnih elektrokatalitičkih materijala je primarni cilj u oblasti elektrokatalize“, rekao je Jifu Zhang, viši autor studije i istraživač u Školi hemije na Tehnološkom univerzitetu u Dalianu.
Silicidne legure prelaznih metala su jedinstvena jedinjenja koja se obično koriste u oblastima vezanim za energiju, jeftino se proizvode i obećavaju kao potencijalni elektrokatalizatori hidrolize vode. Ove legure su napravljene od prelaznih metala, koji su odlični katalizatori koji slobodno doniraju i prihvataju elektrone u hemijskim reakcijama, i atoma Si, koji poboljšavaju stabilnost, otpornost na toplotu i dostupnost atoma prelaznog metala legure kada se primeni električna energija.
Fe i Ni, dva prelazna metala, dobro su pogodni za upotrebu u silicidu prelaznih metala za cepanje vode. „Nikal silicid je… duboko proučavan zbog svoje niske otpornosti i visoke aktivnosti metala, posebno… u elektrohemijskim poljima. Pored toga, mnoge nedavne studije su pokazale da materijali na bazi Fe-Ni imaju značajan potencijal u oblasti elektrohemijskog cepanja vode. Cilj ovog rada je bio razvoj jeftine, ekološki prihvatljive rute za pripremu silicida gvožđa nikla kao bifunkcionalnog elektrolitičkog vodenog katalizatora (EVS)“, rekao je Zhang.
Istraživački tim je proizveo FeNiSi u dva koraka. Prvo, prirodni glineni magadiit, izvor silicijuma, gvožđe hlorida i nikl hlorida, zagrejan je pod pritiskom da bi se stvorio silikat gvožđe-nikl. Silikat gvožđe-nikl je zatim kombinovan i zagrevan sa magnezijumom i natrijum hloridom (kuhinjska so) da bi se razvila uređena struktura legure FeNiSi. Važno je da je ovo prvi put da je legura metalnog silicida proizvedena korišćenjem ove vrste hemijske reakcije korišćenjem metalnih silikata kao reakcionog materijala.
Tehnike elektronske mikroskopije i rendgenske karakterizacije otkrile su da je proces proizvodnje stvorio mnoge strukture pora u konačnoj leguri FeNiSi, povećavajući njenu površinu i ukupne elektrokatalitičke performanse. Legura FeNiSi smanjuje potencijal potreban za razdvajanje kiseonika i vodonika iz vode za 308 mV za reakciju evolucije kiseonika (OER) i 386 mV za HER, respektivno, pri struji od 10 mA·cm −2. Elektrokatalizator je takođe pokazao dovoljnu izdržljivost nakon 15 sati upotrebe.
Istraživački tim se raduje što će FeNiSi i drugi silikati prelaznih metala doprineti sintezi čistog gasa vodonika za buduće energetske potrebe.
„Ovaj rad ne samo da pruža laku metodu za sintezu intermetalnog silicida sa značajnim poroznim strukturama, već takođe omogućava da se intermetalni silicid smatra bifunkcionalnim elektrokatalizatorom za EVS. Jeftini i efikasni elektrokatalizatori intermetalnog silicida pružiće nove mogućnosti za… obnovljive izvore energije konverzija energije“, rekao je Zhang.
Ostali saradnici su Ksuiang Jing, Iang Mu, Zhanming Gao i Ksueiing Dong sa Hemijske škole na Tehnološkom univerzitetu Dalian u Dalijanu, Kina; Changgong Meng sa Hemijske škole i Visoke škole za životnu sredinu i hemijsko inženjerstvo na Tehnološkom univerzitetu u Dalianu; i Chi Huang sa Fakulteta za hemiju i molekularne nauke na Univerzitetu Vuhan u Vuhanu, Kina.
