Bur-begränsade multimetalliska kluster för väteutveckling
- Diarienummer
- STP25-0033
- Projektledare
- Yuan, Jiayin
- Start- och slutdatum
- 260801-310731
- Beviljat belopp
- 0 kr
- Förvaltande organisation
- Stockholm University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Grön vätgas är avgörande för att minska koldioxidutsläppen inom energiintensiva sektorer där direkt elektrifiering inte är möjlig. Även om alkalisk vattenelektrolys är den mest mogna och skalbara tekniken för vätgasproduktion begränsas dess effektivitet av långsam vätgasutvecklingskinetik och ett fortsatt beroende av ädelmetallbaserade katalysatorer. Att hantera dessa begränsningar på ett materialeffektivt sätt är en central utmaning. Projektet CageH2 syftar till att utveckla bur-begränsade multimetalliska klusterkatalysatorer för effektiv alkalisk vätgasutveckling genom att kombinera aminfunktionaliserade organiska burar, multimetallisk samverkan och operando-karakterisering. Den centrala idén är att aminrika organiska burar reglerar den interfaciala vattenstrukturen och protonöverföringen, vilket möjliggör hög katalytisk aktivitet med minskat beroende av ädelmetaller. CageH2 är ett tätt integrerat samarbetsprojekt mellan Sverige och Taiwan. Den svenska parten ansvarar för bur-syntes, framställning av multimetalliska kluster och elektrokemisk utvärdering, medan den taiwanesiska parten leder avancerade operando-studier med röntgenabsorptionsspektroskopi för att kartlägga dynamisk elektronisk struktur under drift, med stöd av MAX IV. Förväntade resultat är mekanistisk förståelse, hållbara och materialeffektiva katalysatorer samt överförbara designprinciper för alkalisk elektrolys, vilket stärker samarbetet mellan Sverige och Taiwan och konkurrenskraften inom grön vätgas.
Populärvetenskaplig beskrivning
För att bromsa klimatförändringarna behöver samhället minska användningen av fossila bränslen, särskilt inom energiintensiva områden som tung industri, kemisk produktion och energilagring. I många av dessa sektorer är det svårt eller omöjligt att använda elektricitet direkt. Grön vätgas, som produceras med hjälp av förnybar el och vatten, är därför en viktig pusselbit i omställningen till ett hållbart energisystem. Den mest etablerade och skalbara tekniken för att producera grön vätgas är alkalisk vattenelektrolys. Trots detta är tekniken fortfarande begränsad av låg effektivitet och ett beroende av dyra och sällsynta ädelmetaller, såsom platina. En viktig orsak är att vätgas i alkalisk miljö måste bildas från vattenmolekyler, vilket gör reaktionen långsam och energikrävande. Att öka effektiviteten samtidigt som användningen av ädelmetaller minskas är därför en central utmaning. Projektet CageH2 tar sig an denna utmaning genom att utveckla en ny typ av katalysator baserad på molekylär design. I projektet placeras mycket små metallpartiklar, så kallade metallkluster, inuti nanostora organiska “burar”. Dessa burar är utformade för att påverka hur vatten beter sig nära metallens yta. Genom att styra vattenmolekyler och underlätta protontransport skapas en lokal miljö där vätgas kan bildas snabbare och mer effektivt, även under alkaliska förhållanden. När denna lokala miljö väl är optimerad undersöker projektet hur olika metaller kan kombineras inom samma kluster för att ytterligare förbättra prestandan och minska behovet av ädelmetaller. CageH2 är ett nära samarbete mellan forskare i Sverige och Taiwan och kombinerar avancerad materialsynthes, elektrokemiska tester och röntgenbaserade metoder som gör det möjligt att studera katalysatorer medan de arbetar. Genom att öka förståelsen för samspelet mellan vatten, metaller och elektroner på nanonivå ska projektet bidra med nya designprinciper för framtidens effektiva och hållbara vätgasteknik, och därmed stödja utvecklingen av ett fossilfritt energisystem.