Uusi tapa valmistaa erittäin aktiivinen ja kestävä nanokatalyytti tarjoaa ratkaisuja energian varastointiin
Tutkijat ovat yksinkertaisen prosessin tuloksena saaneet aikaan poikkeuksellisen aktiivisen ja erittäin kestävän nanokatalyytin veden hapettumisreaktion tuottamiseksi.
Luonnonvaroja on käytettävä kestävästi, jotta voidaan vastata kasvavan väestön tarpeisiin sekä minimoida ympäristöön kohdistuvat vaikutukset. Aurinkoenergiaa on saatavilla runsaasti, ja se on puhdasta mutta myös kausittaista. Tästä syystä tutkijat etsivät aktiivisesti erilaisia energian varastointiin liittyviä ratkaisuja.
Yksi lupaavimmista ratkaisuista on aurinkokennoilla tuotetun sähköenergian varastointi kemialliseen energiaan vettä hajottamalla. Kyseessä on kemiallinen reaktio, jossa vesi hajotetaan hapeksi ja vedyksi. Tutkijat ovat pyrkineet kehittämään uusia katalyyttejä, joilla voidaan helpottaa veden hapettumisreaktiota. Reaktiosta käytetään myös nimitystä hapentuottoreaktio (oxygen evolution reaction, OER).
Metalliorgaanisia runkorakenteita (metal-organic frameworks, MOF) on käytetty aiemmin lähtöaineina aktiivisten sähkökatalyyttien tuottamiseksi korkeassa lämpötilassa toteutettavan pyrolyysin avulla. Pyrolyysi voidaan kuitenkin toteuttaa vain suhteellisen korkeassa lämpötilassa (aina 600 °C:seen asti) reagoimattomassa ympäristössä, ja MOF-rakenteiden terminen vakaus on reaktion kannalta erittäin tärkeää. Prosessin käyttömahdollisuudet energiasovelluksissa ovat rajalliset erityisesti silloin, kun käytössä on termisesti epävakaita katalyytin tukiaineita.
Nyt Aalto-yliopiston ja Zewail City of Science and Technology -tutkimuslaitoksen (Egypti) tutkijat ovat suunnitelleet prosessin, joka on onnistuttu ensi kertaa toteuttamaan huoneenlämpötilassa ja jonka tuloksena on saatu aikaan poikkeuksellisen aktiivinen ja erittäin kestävä nanokatalyytti hapentuottoreaktion tuottamiseksi.
”Prosessi käynnistetään vapauttamalla kontrolloidusti lähtöaineen aktiivinen ioni hajottamalla MOF-rakenteita emäksisessä aineessa. Tämän jälkeen lähtöaineioni saostetaan eristettyjen saarekkeiden, nanoklusterien, muotoon. Viimeisessä vaiheessa aktiivinen nanokatalyytti kiinnitetään sähkökemiallisesti elektrodin pintaan”, Aalto-yliopiston prosessori Mady Elbahri selittää.
”Nanokatalyytin kiinnittäminen elektrodin pintaan toteutetaan kerrostamalla hiukkasia elektrodin läheisyyteen sovelletussa sähkökentässä, jolloin sähkökemiallisesti kiinnittyvä katalyyttikerros muodostuu”, jatko-opiskelija A. Soliman täydentää.
Menetelmä voi osoittautua hyödylliseksi useissa katalyyttejä tai sensoreita käyttävissä sähkökemiallisissa prosesseissa ja muissa haastavissa sovelluksissa.
”Koska prosessi on ympäristöystävällinen, yksinkertainen ja helppo, ja MOF-rakenteiden lähtöaineet ovat kemiallisesti monipuolisia, MOF-rakenteisiin perustuviin nanokatalyytteihin liittyy entistä enemmän mahdollisuuksia”, Zewail City of Science and Technology -tutkimuslaitoksen professori M. AlKordi sanoo.
Energian varastoinnin lisäksi prosessia voidaan soveltaa myös hiilinanoputkissa ja 2D-materiaaleissa, kuten metallisulfideissa sekä sähkökemiallisessa pinnan rekonstruoinnissa.
Tutkimusartikkeli on julkaistu Chemical Communications –julkaisussa
Lisätietoja:
Mady Elbahri, professori
Aalto-yliopisto
[email protected]
050 464 8990
Lue lisää uutisia
Modernin arkkitehtuurin tutkimukseen merkittävä apuraha Koneen säätiöltä – Laura Bergerin hanke rinnastaa rakennuskadon luontokatoon
Aalto-yliopiston postdoc-tutkija Laura Berger ja hänen työryhmänsä ovat saaneet Koneen säätiön 541 400 euron apurahan hankkeen tutkimiseen, joka tarkastelee rakennuskadon vaikutuksia yhteiskunnalle ja ympäristölle.
Tutkijoiden tavoitteena on korjata kvanttivirheet huoneenlämmön sijaan superkylmässä lämpötilassa
Kvanttitietokoneiden kehityksessä yksi suurimmista haasteista on se, että kvanttibitit eli kubitit ovat liian epätarkkoja. Tarvitaan siis tehokkaampaa kvanttivirheen korjausta, jotta kvanttitietokoneita voidaan tulevaisuudessa ottaa laajemmin käyttöön. Professori Mikko Möttösellä on kvanttikorjaukseen uudenlainen ratkaisuehdotus, ja sen kehittämiseksi hän on saanut kolmevuotisen apurahan Jane ja Aatos Erkon säätiöltä.
Siemenrahoitusta Aallon, KU Leuvenin ja Helsingin yliopiston tutkimusyhteistyön vahvistamiseen
Rahoitetut hankkeet tukevat yliopistojen strategisen kumppanuuden tavoitetta edistää vaikuttavaa ja monitieteistä yhteistyötä.