Научниците од Политехничкиот институт Ворчестер (WPI) направија значаен чекор кон нивната визија за развој на материјал кој ја отстранува уреата од водата и има потенцијал да ја претвори во водороден гас.
Истражувањето го води професорот по хемиски инженеринг Сјаовеи Тенг, кој претстави ветувачко решение за долгогодишниот предизвик во електролизата на уреа.
Уреата е вообичаено земјоделско ѓубриво богато со азот, а исто така е нуспроизвод на човечкиот метаболизам и претставува предизвик за животната средина кога е присутна во прекумерни количини во вода. Земјоделските води и испуштањето на отпадни води богати со уреа придонесуваат за штетно цветање на алги и хипоксични мртви зони, кои негативно влијаат на водната средина и здравјето на луѓето.
Сепак, уникатните својства на уреата, како што се неговата нетоксична природа, високата растворливост во вода и значителната содржина на водород, ја прават потенцијален кандидат за складирање и производство на водород.
Слабоста во употребата на уреа за производство на водород е недостатокот на евтини и високоефикасни електрокатализатори, кои селективно оксидираат уреа наместо вода. Тенг и неговиот тим во WPI се справија со овој предизвик и создадоа електрокатализатори составени од атоми на никел и кобалт кои синергетски синергистички комуницираат со уникатни електронски структури.
Тимот се фокусираше на хомогени оксиди на никел и кобалт и откри дека приспособувањето на уникатните електронски структури со доминантни видови Ni2+ и Co3+ е клучно за зголемување на електрохемиската активност и селективноста за оксидација на уреа.
„Оваа електронска конфигурација е клучен фактор за подобрување на селективноста на оксидацијата на уреа, бидејќи забележуваме дека повисоката валентност на никелот, како што е Ni3+, навистина помага да се создаде брза реакција со силна излезна струја, меѓутоа, голем дел од струјата е поради несаканата оксидација на водата“, рече Тенг.
Компјутерските симулации спроведени од професорот Арон Дескинс ги поддржуваат експерименталните наоди и покажуваат дека хомогеното мешање на оксиди и хидроксиди на никел и кобалт ја олеснува редистрибуцијата на електроните, оптимизирајќи ги катализаторите за врзување со молекулите на уреа и вода.
Примените на ова откритие се огромни. Уреата е главното азотно ѓубриво и додаток за добиточна храна, кое комерцијално се произведува со децении. Само во 2021 година се произведени 180 тони. Откритијата на тимот може да доведат до револуција во начинот на кој се користи уреата, не само во производството на водородно гориво од отпадните води, туку и да придонесе за долгорочна одржливост на еколошките системи.
Истражувањето отвора нови можности за врската вода-енергија, обезбедувајќи еколошки пристап за третман на вода и производство на водород.
