海水は地球上で最も豊富な資源の 1 つであり、クリーン エネルギー源として望ましい水素の供給源として、また乾燥気候における飲料水としての利用が期待されています。しかし、淡水から水素を生成できる水分解技術がより効果的になったとしても、海水は依然として課題となっています。

ヒューストン大学の研究者らは、水素発生反応触媒と組み合わせることで、海水の電気分解を開始するのに比較的低い電圧を必要としながら、産業上の需要をサポートできる電流密度を達成した新しい酸素発生反応触媒による重要な進歩を報告した。

研究者らによると、この装置は安価な非貴金属窒化物で構成されており、海水から水素や安全な飲料水を安価に製造するこれまでの試みを制限していた障害の多くをなんとか回避することができたという。この研究は Nature Communications に記載されています。

カリフォルニア大学テキサス超電導センター所長で論文の責任著者でもあるZhifeng Ren氏は、ナトリウム、塩素、カルシウムの遊離イオンを生成することなく、海水を効果的に分解して水素を生成できる触媒が存在しないことが大きな障害となっていると述べた。海水のその他の成分は、一旦解放されると触媒上に沈着し、触媒を不活性化する可能性があります。塩素イオンは、水素を遊離するのに必要な電圧よりもわずかに高い電圧を必要とするだけで、塩素イオンが特に問題になります。

研究者らは、テキサス州沖のガルベストン湾から汲み上げた海水を用いて触媒をテストした。ワシントン大学のレン・MD・アンダーソン教授物理学教授は、これは廃水にも利用でき、高価な処理をしなければ利用できない水から別の水素源を提供するだろうと述べた。

「ほとんどの人は、水を分解して水素を生成するためにきれいな淡水を使用しています」と彼は言いました。「しかし、入手可能なきれいな淡水は限られています。」

この課題に対処するために、研究者らは、遷移金属窒化物を使用し、多孔質ニッケルフォーム上にニッケル鉄窒化物化合物とニッケルモリブデン窒化物ナノロッドで作られたナノ粒子を備えた三次元コアシェル酸素発生反応触媒を設計および合成した。

筆頭著者で、華中師範大学にも所属するUHの博士研究員であるLuo Yu氏は、新しい酸素発生反応触媒は、以前に報告されたニッケルモリブデン窒化物ナノロッドの水素発生反応触媒と組み合わせられたと述べた。

触媒は二電極アルカリ電解槽に統合されており、熱電装置を介した廃熱または単三電池によって電力を供給することができます。

100 ミリアンペア/平方センチメートル (電流密度の尺度、または mA cm-2) の電流密度を生成するために必要なセル電圧は、1.564 V ～ 1.581 V の範囲でした。

Yu氏は、水素を生成するには少なくとも1.23Vの電圧が必要であるが、塩素は1.73Vの電圧で生成されるため、この電圧は重要であると述べ、これはデバイスが一定の電圧で意味のあるレベルの電流密度を生成できなければならないことを意味していると述べた。 2つのレベルの間。

この論文の研究者には、Ren 氏と Yu 氏に加えて、Qing Zhu、Shaowei Song、Brian McElhennyy、Dezhi Wang、Chunzheng Wu、Zhaojun Qin、Jiming Bao、Shuo Chen が含まれます。全員が UH です。と中華師範大学のYing Yu氏。

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