Bron artikel NaturalNews: New research simplifies the process of harvesting solar energy to generate fuels
Door: Edsel Cook
Het oogsten van waterstofgas uit water zal een veel goedkoper proces worden dankzij de bevindingen van onderzoekers uit New York. Ze vonden een manier om het watersplitsing proces veel eenvoudiger te maken, wat de algehele efficiëntie van de productie van waterstofbrandstof zou kunnen verhogen en de verbruikte katalysatoren zou kunnen besparen.
Zoals de naam al aangeeft, is watersplitsing een methode waarbij de watermoleculen worden opgebroken in hun samenstellende waterstof- en zuurstofatomen. De waterstofatomen worden verzameld en verbrand als een schone brandstof die veel energie genereert zonder luchtverontreinigende stoffen te produceren.
Het proces wordt bevorderd door katalysatoren die de kansen verhogen op de chemische reacties die water in waterstof en zuurstof splitsen. Deze katalysatoren worden geactiveerd door een externe energiebron. Fotokatalysatoren worden bijvoorbeeld geactiveerd door licht.
De onderzoeksteam van Binghamton University, State University of New York (SUNY Binghampton) ontwikkelde een manier om de efficiëntie van de fotokatalysator die wordt gebruikt bij watersplitsing te verbeteren. Ze publiceerden hun bevindingen in de Journal of American Chemical Society.
Een nieuwe manier om de prestaties van fotokatalysatoren te verbeteren voor watersplitsing
“Voor watersplitsing gebruiken we zichtbaar licht om foto-geëxciteerde negatieve elektronen en positieve gaten te genereren die vervolgens worden gescheiden om water te katalyseren in zuurstof en waterstofgassen,” zei SUNY Binghampton-onderzoeker Louis Piper. “Het opslaan van gassen is eenvoudiger (en goedkoper) dan het gebruik van accu-opstellingen, dus deze aanpak heeft het voordeel van het oogsten en opslaan van schone energie.”
Piper en zijn collega’s wilden de efficiëntie verhogen van het vanadiumpentoxide (M-V205) dat wordt gebruikt voor het splitsen van water. Deze specifieke fotokatalysator heeft de vorm van een draad en wordt gemeten in slechts nanometers.
Hun gekozen methode om de katalysator te verbeteren betrof “doping”. Ze voegden metaalionen toe aan de nanostructuur van vanadiumpentoxide, die dienden als kwantumdots die de elektronische structuur van de katalysator verbeterden.
De onderzoekers ontdekten dat dotering van de fotokatalysator de hoogste gevulde energieniveaus in de katalysator verhoogde. De foto-geëxciteerde elektronen en positieve gaten geproduceerd door zichtbaar licht zouden sneller uit elkaar splitsen.
“Met behulp van berekening en chemische intuïtie voorspelden we dat doping met Sn2 + -ionen zou resulteren in een uitstekende energie-uitlijning en efficiënte scheiding van ladingen,” legde Piper uit.
“We zagen een tienvoudige toename in de hoeveelheid zonne-geoogste waterstof die we hebben verkregen.”
Verbeterde fotokatalysator gaat langer mee en kan vaker worden gebruikt
Een ander voordeel van doping is dat de gaten met grotere efficiëntie van de kwantumstippen naar de nanodraden zijn verplaatst. Niet alleen verbeterde de efficiëntere beweging de energie die vrijkomt door het proces, het verlengde ook de bruikbare levensduur van de fotokatalysator zelf.
Als er grote hoeveelheden van de gaten op de kwantumdots zouden worden verzameld, zou de katalysator een parasitaire reactie ondergaan die fotocorrosie zou worden genoemd. Het licht zou ervoor zorgen dat de structuur begint te verslechteren, waardoor het minder effectief wordt bij elk gebruik totdat het uiteindelijk kapot ging.
Door de hoeveelheid positieve gaten die op de kwantumstippen zijn achtergebleven te verkleinen, neemt de kans op fotocorrosie af. De vanadiumpentoxide-fotokatalysator gaat langer mee en kan meerdere keren worden gebruikt.
De volgende stap voor het team van Piper is om de productie van waterstofgas tijdens het watersplitsingsproces te verbeteren. Ze denken aan het toevoegen van platina-atomen aan de kwantumdots van de vanadiumpentoxide-fotokatalysator.
Het platina zal naar verwachting dienen als een katalytische plaats voor de elektronen. De edelmetalen zijn echter ook erg duur, dus zoeken de onderzoekers naar goedkopere alternatieven.
