Drie ontdekkingen voor schonere en goedkopere brandstof
Hoe kunnen dure en zeldzame materialen beter worden gebruikt om schonere brandstof goedkoper te produceren? Onder leiding van Marc Koper, hoogleraar katalyse en oppervlaktechemie, publiceren internationale teams van wetenschappers 3 publicaties in Nature Communications.
CO2-neutrale toekomst
Marc Koper onderzoekt de basis voor een CO2-neutrale toekomst. Samen met zijn collega’s zoekt hij naar manieren om elektrochemische reacties zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. Ze geloven daarbij het meeste in het idee dat hernieuwbare elektriciteit uit zonne- of windenergie opgeslagen wordt in waterstof door middel van de elektrolyse van water, en waterstof met behulp van een brandstofcel vervolgens weer energie kan afgeven. Daarbij spelen katalyse en elektrochemie een grote rol.
Dure en zeldzame materialen
De materialen (katalysatoren) die de noodzakelijke elektrochemische reacties het meest efficiënt doen verlopen, zijn vaak dure en zeldzame metalen zoals platina en iridium. Recent onderzoek richt zich op het vervangen van deze materialen door goedkopere materialen, of op het beter gebruik van de dure metalen. De drie vindingen van de onderzoeksgroep van Koper hebben betrekking op het beter gebruik van platina en iridium.
1: Nieuw materiaal
De onderzoekers hebben een nieuw materiaal ‘ iridium double perovskite’ ontdekt. Dit nieuwe materiaal kan worden gebruikt voor de elektrolyse van water, omdat het minder iridium bevat dan het gebruikelijke materiaal, maar wel een hogere katalytische activiteit heeft. Dit zou uiteindelijk het omzetten van elektriciteit in brandstof goedkoper kunnen maken.
Artikel: Iridium-based Double Perovskites for Efficient Water Oxidation in Acid Media, Oscar Diaz-Morales, Stefan Raaijman, Ruud Kortlever, Patricia J. Kooyman, Tim Wezendonk, Jorge Gascon, W. T. Fu, Marc T. M. Koper
2: Nieuwe techniek
Platina wordt veel gebruikt in brandstofcellen en elektrolysecellen. Kennis van hoe platina precies oxideert, kan helpen om het katalyseproces schoner en goedkoper te laten verlopen. Met een nieuwe spectroscopische techniek die Shell-Isolated Nanoparticle-Enhanced Raman Spectroscopy (SHINERS) heet, kunnen onderzoekers op atomaire schaal zien hoe platina precies oxideert. Het blijkt dat dit proces heel gevoelig is voor de oppervlaktestructuur van het platina.
Artikel: Intermediate stages of electrochemical oxidation of single-crystalline platinum revealed by in situ Raman spectroscopy, Yi-Fan Huang, Patricia J. Kooyman, Marc T. M. Koper
3: Onverwacht gedrag
Platina blijkt bij elektrode potentialen, waarbij het kathodisch beschermd zou moeten zijn, verrassend genoeg helemaal niet zo stabiel. Het wordt juist volgens een heel regelmatig proces geëtst. De onderzoekers laten zien dat dit plaatsvindt onder omstandigheden die dicht liggen bij de omstandigheden waaronder platina de waterstof productie katalyseert. Een beter begrip van dit onverwachte proces kan de levensduur van elektrochemische cellen verbeteren.
Artikel: Anisotropic etching of platinum electrodes at the onset of cathodic corrosion
Marc Koper: ‘Hernieuwbare elektriciteit uit zonne- en windenergie gaat een steeds belangrijkere rol spelen in onze energiehuishouding. Eén van de belangrijkste uitdagingen hierin is de opslag van elektriciteit in bijvoorbeeld waterstof. Als we dit in de toekomst grootschalig willen doen, hebben we betaalbare, efficiënte en duurzame materialen nodig die lang meegaan. Begrip over het gedrag en het beter gebruik van platina en iridium levert hieraan een belangrijke bijdrage. In mijn onderzoek ga ik mij o.a. richten op de impact van deze nieuwe bevindingen op reële toepassingen.’