Suyu hidrojen ve oksijene ayrıştırmada kullanılan pek çok sistem iki katalizör gerektirir: Biri hidrojeni ayırma reaksiyonu için, diğeri ise oksijeni üretmek için. Ticari olarak temin edilebilen nikel köpük üzerinde demir ve dinikel fosfatlardan yapılan yeni katalizör, her iki işlevi de yerine getiriyor.
Keşfedilen bu yeni katalizör hidrojen üretimi için gerekli enerjiyi büyük ölçüde düşürürken, akım yoğunluğunu artırıyor. Houston Üniversitesi fizik profesörü ve Nature Communications’da yayınlanan makalenin başyazarı olan Zhifeng Ren, yeni katalizörün ticari üretimine yakın olduklarını söyledi.
Yeni yaklaşım
Hidrojen, bir dizi endüstriyel kullanımla birlikte elektrik motorlarına güç vermek için ve içten yanmalı motorlarda yakıt hücreleri içinde kullanılması düşünülen temiz bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Ren, hidrojenin sıvı olarak sıkıştırılabildiği için diğer enerji formlarına göre daha kolay depolanabileceğini belirtiyor.
Fakat hidrojenin gaz formda ve büyük miktarlarda kolay, ucuz ve çevre dostu şekilde üretilmesi hâlâ büyük bir sorun. Hidrojenin büyük çoğunluğu buhar-metan reformasyonu ve kömür gazlaştırılması yöntemiyle elde edilir. Ama bu yöntemler sonucunda elde edilen yakıtlar her ne kadar çevre dostu ve temiz yakıtlar olsalar da, yakıtların karbon ayak izini artırırlar.
Geleneksel katalizörler sudan hidrojen üretebilmektedir. Ancak bunun için genel olarak pahalı platin grubu elementleri katalizör olarak kullanır. Bu da maliyeti artırırken büyük çaplı işlemleri imkânsız kılar. Fizik profesörü Shuo Chen, çalışmalarında dünya üzerinde bol miktarda bulunan elementleri kullandıklarını ve platin grubu elementlerine yakın sonuçlar elde ettiklerini söylüyor ve ekliyor: “Bu yöntem, düşük maliyetlerle ve büyük ölçeklerde kullanılabilir. Bu da yöntemi, suyu ayrıştırmanın ticarileştirilmesi için çok cazip ve ümit verici hale getirir.”
Araştırmacılar, katalizörün kırk saatten fazla test edildiğinde bile stabil ve etkili kaldığını belirttiler. Yeni katalizör, suyun tamamen ayrıştırılması için hem çok yüksek OER (oksijen evrimi reaksiyonu), hem de HER (hidrojen evrimi reaksiyonu) aktivitelerini aynı alkalin elektrolitinde göstererek iki işlevli olarak kullanılabilecek.
Önceki katalizörler, oksijeni üretmek için kullanılanlardan daha fazla hidrojen üretmek için reaksiyonu tetiklemekteydi. Yeni katalizörde ise demir fosfat parçacıkları ile dinikel fosfat
parçacıkları arasındaki etkileşim iki reaksiyonu birden tetikler. Ren, iki malzemenin birleşik etkisinin herhangi bir malzemenin tek başına kullanımından daha etkili olduğunu söyledi.