Waterstofproductie uit water is uitgebreid onderzocht om het te gebruiken als alternatief voor brandstof. Hoewel het de bedoeling is om milieuvervuiling te verminderen, zijn de meeste processen minder efficiënt en produceren ze grote hoeveelheden CO2-uitstoot. Recent onderzoek laat echter zien dat MOF de fotokatalytische waterstofproductie kan stimuleren.
Een samenwerking tussen professor Kyriakos Stylianou van de faculteit Wetenschappen van de Oregon State University en zijn team van onderzoekers heeft geleid tot de ontwikkeling van een fotokatalysator die snelle en efficiënte waterstofproductie mogelijk maakt . Het onderzoek toont aan dat dit nieuwe instrument kan worden ingezet in de strijd tegen broeikasgasemissies en klimaatverandering.
Prof. Stylianou zei: "Deze studie benadrukt het potentieel van MOF-afgeleide metaaloxide-heteroverbindingen als fotokatalysatoren voor praktische waterstofproductie, en draagt bij aan de ontwikkeling van duurzame en efficiënte energieoplossingen."
Hoogtepunten
- In 1 uur produceerde een gram RTTA-1 meer dan 10,700 waterstofmicromol.
- Bij dit proces werd gebruikgemaakt van fotonen in een indrukwekkende hoeveelheid van 10%. Dat betekent dat 10 van de 100 fotonen die RTTA-1 bereiken, bijdragen aan de waterstofproductie.
In deze studie gebruikten onderzoekers een MOF om een metaaloxide-heterojunctie af te leiden. De afgeleide heterojunctie is een combinatie van 2 materialen met complementaire eigenschappen. Hiermee maken ze een katalysator die water efficiënt en snel splitst in waterstof wanneer het wordt blootgesteld aan zonlicht.
Ze noemen deze heterojunctie RTTA en het bevat MOF-afgeleid rutheniumoxide en titaniumoxide. Deze oxiden zijn gedoteerd met stikstof en zwavel. Na het testen van meerdere RTTA's met verschillende hoeveelheden oxiden, vonden ze een winnaar.
Professor Stylianou zei: "Van de verschillende RTTA-materialen vertoonde RTTA-1, met het laagste rutheniumoxidegehalte, de snelste waterstofproductiesnelheid en een hoge kwantumopbrengst."
MOF's bestaan uit positief geladen metaalionen en organische verbindingsmoleculen. Ze hebben bovendien een aanpasbare structuur en kleine poriën. De eigenschappen van MOF's worden bepaald door de componenten die in hun ontwerp worden gebruikt.
Hier is nog een methode voor kosteneffectieve productie van groene waterstof met actieve MXenes, aldus onderzoekers van KIST.
Niet-duurzame methoden voor waterstofproductie
De methaan-stoomreformingmethode is een veelgebruikte, conventionele methode om waterstof uit aardgas te winnen. Dit is echter een proces dat koolstof produceert. De methode maakt gebruik van elektrokatalyse, waarbij elektriciteit door een katalysator wordt geleid. Deze methode is niet alleen milieuvervuilend, maar ook kostbaar. De productiekosten per kilogram waterstof bedragen ongeveer $1.50 en voor 1 kg groene waterstof $5.
Wat betreft de materialen die in het nieuwe onderzoek worden gebruikt, zei professor Stylianou: "Rutheniumoxide is niet goedkoop, maar de hoeveelheid die in onze fotokatalysator wordt gebruikt, is minimaal. Voor industriële toepassingen wordt de kostprijs van deze kleine hoeveelheid rutheniumoxide minder belangrijk als een katalysator een goede stabiliteit en reproduceerbaarheid vertoont."
Bron : Onderzoek van Oregon State University onthult betere manier om groene waterstof te produceren
