Grafen został okrzyknięty nanomateriałem nowego tysiąclecia, jest to ultra cienki materiał o wyjątkowych właściwościach elektronicznych, który dodatkowo może pomóc obniżyć koszty paliwa wodorowego pozyskiwanego dzięki odnawialnym źródłom energii. Jest to wspaniała wiadomość dla fanów pojazdów zasilanych wodorowymi ogniwami paliwowymi (Fuel Cell Electric Vehicles – FCEVs). Dzięki niższym kosztom procesu, będzie można zobaczyć więcej stacji wodorowych, które będą napędzane przez OZE – energię słoneczną, wiatrową, a nawet energię pływów.

Reklama

Grafen posiada strukturę porównywaną do plastra miodu, jest to cienki arkusz węgla o grubości zaledwie jednego atomu. Jego wyjątkowe właściwości elektroniczne są dostosowane do używania w energetyce odnawialnej. Nowy katalizator oparty o stosowanie grafenu, który mogłyby przyspieszyć odejście od paliwa z ropy naftowej, przychodzi z Teksasu. Narodził się ze współpracy prowadzonej przez laboratorium James Tour na Uniwersytecie Rice, Uniwersytetu Teksańskiego w San Antonio i Uniwersytetu w Houston wraz z Chińską Akademią Nauk.

Aby zrozumieć znaczenie nowego katalizatora opartego o grafen, warto jest przypomnieć, że aktywne miejsca na katalizatorze znajdują się na powierzchni, więc chodzi o to, by uzyskać jak największą powierzchnię aktywną. Nawet, jeśli używamy nanocząstek, będziemy mieć do czynienia z wieloma atomami wewnętrznymi, które nie wezmą udziału w reakcji. Wprowadzając natomiast cienką warstwę grafenu do mieszanki, zespół badawczy stworzył materiał, w którym praktycznie wszystkie atomy napędzają działanie katlityczne.

Nowy materiał katalityczny to mieszanina kobaltu i grafenu, który został utworzony przez zespół dzięki ogrzewaniu tlenku grafenu i soli kobaltu. Cały proces przebiegu badań został opublikowany pod tytułem: … We wstępie opisano jak ważne jest dla zrównoważonej gospodarki wodorowej korzystanie z metod generujących niskie koszty oraz materiałów powszechnie dostępnych. Platyna, mimo dużej skuteczności, niestety jest wykluczona z uwagi na koszty. Tanim substytutem okazał się być kobalt, jednak charakteryzuje się on niską skutecznością jako katalizator, co jest jednoznaczne z tym, że wiele budujących go atomów nie jest aktywnych. Rozwiązanie to rozproszenie atomów kobaltu na jakieś podłoże, by były odsłonięte.

Aby uzyskać zaawansowany materiał katalityczny, musi on być wysoce sprawny oraz tani, a także charakteryzować się skalowalnym procesem rozproszenia. Taki materiał otrzymali badacze. W celu rozproszenia kobaltu na grafenie z domieszką azotu (oznaczone jako Co – NG)zastosowali prostą obróbkę cieplną tlenku grafenu (GO) i niewielkie ilości soli kobaltu w atmosferze gazowego amoniaku. Te niewielkie ilości atomów kobaltu, skoordynowane z atomami azotu na grafenie, mogą działać jako niezwykłe katalizatory do wydzielania wodoru w reakcji zarówno w środowisku kwaśnym i zasadowym.

Dzięki możliwości obniżenia kosztu katalizatora hydrolizy, będzie można nie tylko magazynować energię odnawialną w postaci wodoru, ale również tworzyć wodorowe stacje dla aut, w których paliwo będzie produkowane na miejscu. Taki zabieg również spowoduje spadek kosztów wodoru. Nie tylko ze względu na to, że energia odnawialna jest najtańsza, ale również dlatego, że nie trzeba ponosić kosztów transportu paliwa.