Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben aangetoond hoe de efficiëntie van waterstofproductie kan worden verbeterd in een experimentele opstelling. Ze toonden aan dat de magnetische volgorde van de moleculen een cruciale rol speelt.
Om meer groene waterstof te produceren, is het ontwerp van efficiënte katalysatormaterialen cruciaal. Deze materialen versnellen de chemische reactie die nodig is om (groene) waterstof te produceren.
Verschillende theoretische onderzoeken toonden al aan dat de magnetische eigenschappen van deze katalysatoren een grote rol spelen in hun efficiëntie en snelheid. Tot nu was er weinig experimenteel bewijs voor deze verbeteringen, vooral de rol van magnetische eigenschappen die er zijn zonder externe magnetische velden ontbrak.
Kleine magneten in actie
Onderzoekers slaagden erin om de magnetische ‘spins’ van de atomen in de katalysator in dezelfde richting te krijgen tijdens de reactie. Ze ontdekten dat deze uitlijning van alle kleine magneetjes de reactiesnelheid verhoogde. “Hoewel dit onderzoek op een fundamenteel niveau plaatsvindt, kan het grote gevolgen hebben voor efficiënte waterstofproductie”, zegt Emma van der Minne, de eerste auteur van de studie.
De onderzoekers pasten een eenvoudige methode toe om de magnetische spins af te stemmen terwijl de reactie plaatsvond. Van der Minne legt uit: “We verlaagden de temperatuur tijdens de reactie. Door de veranderingen in de reactiesnelheid tijdens deze temperatuurverlaging te vergelijken voor twee katalysatoren met verschillende magnetische toestanden, ontdekten we dat de activiteit daadwerkelijk wordt verhoogd door deze zogenaamde ‘magnetische orde’. Dat dit zelfs gebeurt zonder een extern magnetisch veld was voorheen onduidelijk. Ons onderzoek opent dus nieuwe mogelijkheden om het ontwerp van katalysatoren voor grootschalige waterstofproductie te verbeteren.”
Invloed van externe magnetische velden
Naast het bovenstaande ontdekten de onderzoekers dat het toepassen van een extern magnetisch veld de katalysator nog effectiever maakte. De oriëntatie van dit externe magnetische veld bleek cruciaal: het moest precies in lijn liggen met de magnetische eigenschappen van het materiaal. Door te begrijpen hoe zowel het interne als externe magnetisme van invloed zijn op de reacties die betrokken zijn bij de productie van (groene) waterstof, komen we een stap dichter bij een duurzamere toekomst.
