Uutiset

Uusi tapa valmistaa erittäin aktiivinen ja kestävä nanokatalyytti tarjoaa ratkaisuja energian varastointiin

Ympäristöystävällinen, yksinkertainen ja helppo valmistusprosessi avaa uusia mahdollisuuksia MOF-rakenteisiin perustuville nanokatalyyteille.
Nanocatalyst

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

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Alustatalouden faktat ja myytit -podcastin toista tuotantokautta vetävät Aalto-yliopiston professorit Robin Gustafsson ja Timo Seppälä, juontaa William von der Pahlen.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Alustatalouden faktat ja myytit -podcast sukeltaa alustatalouden saloihin

Uusi tuotantokausi: Aalto-yliopiston asiantuntijat ja vaihtuvat vieraat keskustelevat alustataloudesta ja siihen liittyvistä ajankohtaisista aiheista.
Ville Vuorinen
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ville Vuorinen: Hengitysilman parantaminen on avain pandemian torjuntaan

Korona leviää ilmateitse, ja siksi sitä ei pysäytetä käsien pesulla, sanoo apulaisprofessori Ville Vuorinen. Paukut pitäisi pistää ilmahygieniaan, ja siinä tarvitaan sekä tehokasta ilmanvaihtoa että oikeanlaisia maskeja.
Device
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Koe yksielektronilähteillä osoittaa tien kohti uutta tehostandardia

Aalto-yliopiston tutkijat loivat menetelmän, jolla teho voidaan määritellä suhteessa taajuuteen.
Apulaisprofessori Juha Siitonen laboratoriossa, yllään laboratoriotakki, suojalasit ja -hanskat.
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Apulaisprofessori Juha Siitonen tiesi jo lapsena aikovansa kemistiksi

Filosofian tohtori Juha Siitonen aloitti vuoden 2022 alussa viiden vuoden määräaikaisessa apulaisprofessorin tehtävässä Kemian ja materiaalitieteen laitoksella. Professuurin ala on orgaaninen kemia.