Molekylteknik kan ge billigare vätgasproduktion

Nya tekniska framsteg inom vätgasproduktion kan bana väg för snabbare, effektivare och mer hållbara sätt att producera ren energi. Foto: Ifeelstock/Mostphotos

Resultaten i KTH-studien bygger på observationer på atomnivå av hur katalysatorer fungerar vid vattenspjälkning – en långsam och kostsam process där bindningen mellan syre och väte bryts.

Med hjälp av en specialutvecklad metod har forskarna lyckats producera vätgas i hastigheter som motsvarar eller överträffar dagens mest avancerade katalysatorer. Dessutom förblev katalysatorn stabil efter långvarig drift – ett lovande tecken för kommersiell användning.

Studien, som publicerats i Nature Chemistry, har letts av professor Lichen Sun, med bidrag från professor Mårten Ahlquist och doktoranden Hao Yang.

Delar vattenmolekyler

När vatten spjälkas krävs elektricitet för att driva elektrolysen som delar upp vattenmolekylerna i vätgas och syrgas. Ofta används nickel–järnoxider som katalysatorer för att minska energiförbrukningen och påskynda reaktionen. Men materialen är komplexa, vilket gör det svårt att förstå exakt hur reaktionerna går till.

För att lösa detta konstruerade forskargruppen en ”molekylär ställning” – en specialdesignad organisk struktur som håller nickel- och järnatomer på bestämda platser. Till skillnad från den slumpmässiga fördelningen i konventionella katalysatorer gör denna exakta placering det möjligt att studera elektron- och protonöverföring i själva kärnan av processen.

– Den molekylära ställningen gjorde det möjligt att äntligen se protonreläet i arbete. Det förklarar varför nickel och järn fungerar så bra tillsammans – och hur vi kan göra dem ännu bättre, säger Lichen Sun.

Öppnar dörren för nya material

Forskarna kunde se att när nickel- och järnatomer placeras närmare varandra kan vätejonerna lättare lämna järncentra, vilket underlättar bildningen av syre – den mest utmanande delen av vattenspjälkningen.

– Våra resultat knyter samman verkliga nickel–järnoxidkatalysatorer med en fördjupad molekylär förståelse. Det öppnar dörren för nästa generation material som fungerar bättre och håller längre. För vätgastekniken innebär det snabbare, effektivare och mer hållbara sätt att producera ren energi, säger Mårten Ahlquist.

Vetenskaplig publicering i Nature Chemistry (öppnas i nytt fönster)