Waterstof is de brandstof van de toekomst, maar de productie ervan is nog onvoldoende efficiënt. Eén van de productiemethoden is een foto-elektrochemische cel waarbij water onder invloed van licht wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. Niet alleen is veel energie nodig om de reactie te laten verlopen, als bijproduct ontstaat waterstofperoxide dat één van de elektrodes aantast en daarmee de efficiëntie naar beneden haalt.
De onderzoekers onder leiding van hoogleraren Bert Meijer (TU/e) en Ron Naaman (Weizmann Instituut) waren de eersten die specifiek naar de rol van de spin – het interne magnetisch moment – van elektronen keken die betrokken zijn bij de oxidatiereactie, ofwel de vorming van zuurstof. Hun idee was dat als sprake was van gelijke spin de bijreactie tot de vorming van waterstofperoxide niet zou plaatsvinden. De grondtoestand van waterstofperoxide staat niet toe dat twee deeltjes met gelijke spin elkaar treffen. Bij het molecuul zuurstof, met een zogeheten triplet-grondtoestand, kan dat wel.
Door de anode van titaniumoxide in hun foto-elektrochemische cel te bedekken met zogeheten chirale (moleculen die elkaars spiegelbeeld zijn) supramoleculaire structuren van organische verfstof, werden alleen elektronen met dezelfde spin in het proces geïnjecteerd. "Dit bleek boven verwachting goed te werken", vertelt Naaman. "De vorming van waterstofperoxide werd nagenoeg in zijn geheel onderdrukt. Ook zagen we dat de stroom in de cel significant toenam. Omdat de natuur ook geheel uit chirale moleculen bestaat, verwachten we grote implicaties van de vinding."
Hoeveel efficiënter de waterstofproductie hiermee kan gebeuren, kunnen de onderzoekers nog niet zeggen. "Ons doel was om controle te krijgen over de reactie en te begrijpen wat hier precies gebeurt", zegt Meijer. "Dit was in zekere zin een toevalstreffer, want de verfstofmoleculen waren oorspronkelijk niet voor dit doel ontwikkeld. Dit toont het belang van supramoleculaire chemie als fundamenteel onderzoeksveld en we zijn druk doende om het proces te optimaliseren."
W. Mtangi et al., Control of Electrons’ Spin Eliminates Hydrogen Peroxide Formation During Water Splitting, Journal of the American Chemical Society (30 januari 2017). DOI: 10.1021/jacs.6b12971
De beroemde humanoïde robot Atlas is met pensioen gegaan. De hydraulische versie tenminste, want zijn…
Er komt geld voor vier jaar onderzoek door promovendi op het gebied van biotechnologie en…
De massaproductie van siliciumchips vindt plaats in foundries. Volgens KU Leuven en imec is dit…
Pacemakers, defibrillatoren, radartechnologie en elektrische voertuigen hebben allemaal condensatoren nodig. Deze elektrische componenten moeten veel…
Het verstandshuwelijk van fiets en trein. Daarover gaat het promotieonderzoek van de 70-jarige Jan Ploeger.…
Heilind Electronics Europe wil zijn aanwezigheid in West-Europa uitbreiden. De verdeler van elektromechanische componenten, verbindings-…