Водород может использоваться в качестве чистого топлива в топливных элементах, которые производят энергию с водой и теплом как единственные побочные продукты. Как топливо нулевой эмиссии, водород может быть повторно объединен с кислородом, чтобы произвести электроэнергию по требованию, такой столь же бортовой автомобиль на топливных элементах.Команда Ливермора и сотрудники в Университете Райса и Университете Сан-Диего обратились к электричеству, чтобы произвести чистое водородное топливо, разделив молекулы воды, которые сделаны из кислорода и водородных атомов.
Исследователи обнаружили, что новый класс дешевого и эффективного катализатора облегчил сильный процесс воды. Исследование появляется в выпуске 31 июля энергии Природы.
«У водородного газа есть огромный потенциал как источник стабильного топлива, потому что это не производит выбросов углерода», сказал автор лидерства Лоуренса Ливермора Брэндон Вуд. «Это может быть произведено из многократных источников, но Святой Грааль должен сделать его из воды». Вуд также – научный руководитель в HydroGEN Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики (EERE) Продвинутая Вода, Разделяющая Консорциум Материалов, энергетический узел Сети Материалов, сосредоточенный на водородном производстве от воды.
Извлечение водорода от воды, используя электричество является довольно прямым процессом, но это неэффективно и обычно берет много энергии. Эффективность может быть повышена, используя катализаторы, которые часто делаются из дорогих драгоценных металлов, таких как платина.Команда Лоуренса Ливермора стремилась придумать более дешевый способ эффективно разделить молекулы воды.Чтобы решить проблему, Вуда и привести автора Юаньюэ Лю – летний молодой специалист Ливермора с Вудом – обратился к классу катализаторов на основе металла перехода dichalcogenides (MX2), которые произвели много представляющее интерес для водного разделения.
Проблема с материалами MX2, которые в настоящее время используются (на основе молибдена и вольфрама) – то, что только выставленные края катализаторов активны. Вместо этого Вуд, Лю и коллеги использовали механические квантом вычисления, чтобы показать основные электронные факторы, которые сделают все поверхности материалов MX2 активными для катализа. Эти «описатели» тогда привыкли к в вычислительном отношении кандидатам экрана MX2, которые могли сделать лучшие разделяющие воду катализаторы.
Исследователи из Университета Райса экспериментально утвердили вычисления, синтезировав и проверив два из предложенных материалов, дисульфида тантала и дисульфида ниобия. Вне подтверждения, что поверхности материалов были активны к водному разделению, они обнаружили, что у материалов была необычная способность оптимизировать их форму, когда они развили водородный газ.
Это позволило материалам достигать еще лучшей работы.«Самооптимизирующееся поведение и поверхностная деятельность означают, что высокая эффективность может быть достигнута с только минимальной погрузкой катализатора», сказал Вуд. «Это – огромное преимущество для масштабируемой обработки, так как нет никакой потребности обратиться к дорогим методам как наноструктурирование.
Наша работа открывает дверь в использование этого типа катализатора, и наш теоретический описатель должен облегчить оценивать разделяющую воду деятельность в подобных классах слоистых материалов».