Revolutionerande katalysatorer: Mainz upptäcker en ny hemlighet för grönt väte!

Revolutionerande katalysatorer: Mainz upptäcker en ny hemlighet för grönt väte!

Den 11 mars 2025 gjorde forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz banbrytande framsteg inom forskning om grönt väteproduktion. De utvecklade billiga och effektiva vattenklyvningskatalysatorer gjorda av kobolt och volfram. Dessa material är inte bara lättillgängliga utan också billiga, vilket avsevärt ökar deras användbarhet i industriell skala. De omfattande resultaten publicerades i tidskriften Angewandte Chemie.

I motsats till konventionella katalysatorer, som ofta lider av försämrad prestanda, uppvisar den nyutvecklade katalysatorn en anmärkningsvärd självoptimering. Dess effektivitet ökar med tiden, vilket beror på djupgående kemiska förändringar under vattenklyvningsprocessen. Kobolt ändras från Co2+ till Co3+, medan förhållandet mellan W5+ och W6+ ändras i volfram. Denna dynamik förbättrar reaktionskinetiken för syreutveckling, vilket anses vara en kritisk tröskel i processen.

Den innovativa mekanismen för vattendelning

Ett annat betydande bidrag till väteproduktionen kommer från forskare under ledning av Dr. Paolo Giusto, som intensivt undersökte mekanismen för vattendelning med hjälp av kolnitridkatalysatorer. De kunde bestämma detaljerade interaktioner mellan kolnitrid och vatten, särskilt överföringen av protoner och elektroner under påverkan av ljus. Kolnitrid har visat sig vara en effektiv katalysator som möjliggör väteproduktion via artificiell fotosyntes.

Resultaten visar att kolnitrid kan bryta ner vatten till dess komponenter syre och väte. Denna process är avgörande för att främja produktionen av effektivare katalysatormaterial för väteproduktion från solljus. Katalysatorn absorberar ljus och använder sin energi för att destabilisera vattenmolekylerna och orsakar därigenom en protonkopplad elektronöverföring som försvagar vattnets kemiska bindningar.

Perspektiv för hållbara energilösningar

Utvecklingen i båda forskningsprojekten har långtgående konsekvenser för framtida energiproduktion. Självoptimeringen av katalysatorn gjord av kobolt och volfram skulle kunna bidra till att öka effektiviteten för att producera grönt väte på lång sikt. Samtidigt ger rönen om dynamiken hos kolnitrid och vattenmolekyler en djupare grund för förståelse för bildandet av hållbara energilösningar.

Finansieringen av forskningsprojekt är också värt att nämna: Dandan Gao får stöd som en del av DFG:s Walter Benjamin-program, som gör det möjligt för forskare i kvalificeringsfasen efter doktorsexamen att genomföra sina egna forskningsprojekt. Projektet får även stöd från Carl Zeiss-stiftelsen, Alexander von Humboldt-stiftelsen och JGU-profilområdet SusInnoScience.

Sammantaget för forskning kring dessa katalysatorer hållbar väteproduktion närmare och kan ge ett avgörande bidrag till att minska beroendet av fossila bränslen. Framtida utveckling inom väteteknologin är fortfarande ett av de mest spännande områdena inom tillämpad kemi.