Nový trojvrstvý katalyzátor. Kredit: Jeff Fitlow/Rice University.

Účinný rozklad vody na jednotlivé prvky je svatým grálem energetiků dnešní doby. Američtí vědci Rice University a University of Houston přišli s novým katalyzátorem, který by měl tento klíčový proces usnadnit.

Kenton Whitmire. Kredit: Rice University.

Je to elektrolytický film, který tvoří trojvrstevná struktura z niklu, grafenu a fosfidu železa s manganem (FeMnP). Pěnový nikl poskytuje filmu velký povrch, vodivý grafen chrání nikl před degradací a fosfid železa z manganem zodpovídá za samotný rozklad vody na vodík a kyslík.

Chemik Kenton Whitmire z Riceho univerzity a jeho tým tento elektrolytický film vyrobili. Počítačový inženýr Jiming Bao z Houstonu se svým týmem zase film důkladně otestoval. Výsledky jejich práce publikoval časopis Nano Energy.
Whitmire s Baem vyvinuli materiál, který překonává obvyklé bariéry u katalyzátorů. Dobré katalyzátory totiž buď rozkládají vodu a získávají vodík anebo získávají kyslík ale nikoliv oba dva prvky zároveň. Whitmire k tomu dodává, že vodík obvykle vzniká v kyselém prostředí, zatímco kyslík v zásaditém. Jejich materiál je stabilní a přitom to zvládne obojí zároveň.

Jiming Bao. Kredit: University of Houston.

Standardním materiálem pro rozklad vody na vodík je dnes platina. Což je velmi drahá záležitost. Whitmire, Bao a spol. naproti tomu použili poměrně dostupné a laciné materiály. Jejich nový katalyzátor také ke svému provozu potřebuje méně energie.

Nový katalyzátor v elektronovém mikroskopu. Kredit: Desmond Schipper/Rice University.

Badatelé postupovali při výrobě svého elektrokatalyzátoru tak, že nejprve pomocí procesu chemické depozice z plynné fáze (CVD, chemical vapor deposition) potáhli pěnový nikl grafenem a na něm pak stejným způsobem vytvořili vrstvu z fosfidu železa s manganem. Testy pak následně potvrdily, že takto vytvořený katalyzátor funguje jak pro rozklad vody na vodík, tak i na kyslík.

Nový katalyzátor je vhodný pro výrobu v průmyslovém měřítku. Měl by nalézt uplatnění při produkci vodíku nebo kyslíku v zařízeních poháněných solární nebo větrnou energií, která využívají elektrokatalýzu pro uskladnění energie. Použité postupy by také mohly posloužit k výrobě dalších pokročilých materiálů. Fosfidy kovů mohou katalyzovat i řadu jiných reakcí, než jenom rozklad vody na vodík a kyslík. 

Literatura
Rice University 26. 7. 2017, Nano Energy 39: 444-453.