Nieuws

Hoe mangaanoxide zeewater helpt splitsen

Arjen Dijkgraaf |
Anorganische chemie, Duurzaamheid & Energie, Katalyse, Materialen & Coatings

Mangaanoxide voorkomt chloorvorming bij de elektrochemische splitsing van zeewater. Maar anders dan tot nu toe werd gedacht heeft dat niets met katalyse te maken, schrijven Leidse onderzoekers in JACS.

Met die wetenschap hopen Jan Vos, Marc Koper en collega’s nieuw leven te blazen in het oude plan om zonne-energie te verzamelen in woestijnen en daarmee waterstof te produceren. Bij gebrek aan zoet water kun je dan eigenlijk niet om het gebruik van chloride-rijk zeewater heen.

Chloorvorming aan de anode (dus de zuurstofkant) van een elektrochemische cel is daarbij een fundamenteel probleem. Met name in een zuur milieu kun je veel makkelijker twee Cl--ionen combineren tot Cl2 dan twee H2O-moleculen omzetten in O2 + 4 H+, alleen al omdat er maar half zo veel elektronen bij zijn betrokken.

Je wilt dus eigenlijk een katalysator hebben die selectief de watersplitsing bevordert, maar de gebruikelijke iridiumoxide-anodes vertonen die selectiviteit juist helemaal niet. Wat er precies op het katalysatoroppervlak gebeurt is nog altijd niet bekend, maar het heeft er veel van weg dat de mechanismes voor chloor- en zuurstofvorming sterk op elkaar lijken.

Er bestaan echter publicaties die suggereren dat mangaanoxide wél selectief water splitst. Anders dan de meeste andere metaaloxides is MnOx bovendien voldoende stabiel om het lange tijd te kunnen uithouden in een cel met een lage pH. Maar niemand lijkt ooit te hebben uitgezocht waar die selectiviteit vandaan kwam, en volgens Koper en collega’s heeft dat mede te maken met de moeite die het kost om de zuurstof- en de chloorproductie afzonderlijk te volgen.

Zelf hebben ze het nu voor elkaar gekregen met een rotating ring-disk electrode die zo is ingesteld dat hij selectief Cl2 splitst tot 2 Cl- terwijl hij O2 met rust laat. Indirect volgt daar de O2-productie uit: dat is immers de enige andere reactie die een stroom door de elektrode kan genereren.  

Het bevestigt eerdere meldingen van zuurstofproductie zonder chloorvorming. Maar niet met een pure MnOx-anode, want die katalyseert geen van beide reacties. Het lukt wel met een IrOx-anode waar een dun laagje MnOx op zit. En het heeft er alles van weg dat IrOx dan nog steeds de eigenlijke katalysator is, en MnOx slechts een poreus filter dat chloride-ionen weghoudt van het oppervlak maar water en zuurstof doorlaat.

Dat vermoeden wordt versterkt door metingen met röntgenfoto-elektronspectroscopie, die doen vermoeden dat de oxides onderling niet of nauwelijks elektronen uitwisselen.

Wat er precies op hun oppervlakken gebeurt is intussen moeilijk vast te stellen.  elektronenmicroscoopopnamen en röntgendiffractiemetingen suggereren dat ze allebei amorf zijn, en dat maakt theoretische beschouwingen een stuk lastiger dan wanneer je te maken hebt met regelmatige kristaloppervlakken.

De publicatie besluit met de suggestie dat het verder uitwerken van dit concept misschien wel een beter idee is dan blijven zoeken naar katalysatoren die uit zichzelf selectiever zijn.

bron: JACS, Universiteit Leiden

Deel deze pagina

Wat verdien jij? Doe mee aan het jaarlijkse Bèta Salaris Onderzoek!

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven