Nieuwe perspectieven voor waterstof uit zeewater.

Mangaanoxide voorkomt chloorvorming bij de splitsing van zeewater. Maar met katalyse heeft het minder te maken dan gedacht, schrijven Jan Vos, Marc Koper en collega’s van de Universiteit Leiden in JACS .

Ze hopen nieuw leven te blazen in de plannen om zonne-energie te winnen in woestijnen en daarmee waterstof te produceren. Bij gebrek aan beter moet je dan werken met zout water, en krijg je te maken met chloorvorming aan de anode (dus de zuurstofkant) van je elektrochemische cel. Cl-ionen laten zich immers veel makkelijker combineren tot Cl2 dan dat je H2O opsplitst in O2 + 4 H+, met name in een zuur milieu.

Eigenlijk wil je een katalysator hebben die selectief de watersplitsing bevordert. De gebruikelijke iridiumoxide-anodes voldoen niet aan die eis, maar volgens sommige publicaties werkt mangaanoxide wél, terwijl het ook nog eens voldoende stabiel is bij lage pH. Tot nu toe was het echter een raadsel waar die selectiviteit vandaan moest komen.

Om dat te achterhalen, hebben Koper en collega’s een rotating ring-disk electrode ontwikkeld die de gevormde Cl2 weer splitst, maar O2 met rust laat. Indirect volgt daar de O2-productie uit, als enige andere bron van elektronen. Zo kun je beide reacties voor het eerst afzonderlijk volgen.

Het bevestigt de geclaimde selectiviteit. Maar het werkt alleen met een dun laagje MnOx op een IrO -anode; puur MnO doet helemaal niets. Die laatste stof lijkt louter te dienen als poreus filter dat water en zuurstof hooguit een beetje afremt, maar Cl-weghoudt van het IrO -oppervlak. Röntgenfoto-elektronspectrometrie versterkt dit vermoeden: de oxides wisselen onderling niet of nauwelijks elektronen uit. Wat er precies op hun oppervlakken gebeurt, is intussen moeilijk vast te stellen. Op regelmatige kristaloppervlakken kun je allerlei theoretische beschouwingen loslaten, maar elektronenmicroscoopopnames en röntgendiffractiemetingen suggereren helaas dat ze allebei amorf zijn. (AD)