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

Lisää tästä aiheesta

Wood.
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Metsä ja innovaatiot toivat Aalto-yliopistoon yli 30 suurlähettilästä

Kestävyys, vastuullisuus ja ilmastonmuutoksen torjunta ovat tärkeä osa Suomen kuvaa maailmalla.
Kuva: Tuomas Uusheimo.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aalto-yliopisto isännöi EURO2022-konferenssin noin 2500 operaatiotutkijalle

Kesän 2022 konferenssin järjestää Suomen operaatiotutkimusseura yhteistyössä Aalto-yliopiston operaatiotutkimuskeskuksen (ACOR) sekä Aalto-yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin ja tieto- ja palvelujohtamisen laitosten kanssa.
Falling Walls
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Voita matka Berliinin Falling Walls –pitchauskilpailuun

Suomen kilpailu järjestetään Design Factorylla Otaniemessä 19. syyskuuta. Ilmoittaudu mukaan 5. syyskuuta mennessä.
Nanocellulose bicycle Photo: Eeva Suorlahti
Yhteistyö, Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tulevaisuuden kestäviä elämäntapoja esillä Otaniemessä

Yksi Helsinki Design Weekin päätapahtumista, Designs for a Cooler Planet, esittelee Aalto-yliopiston monialaisia tulevaisuuden ratkaisuja, kuten nanoselluloosapolkupyörän, mikrobikuulokkeet ja Ioncell-vaatteita.
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu