Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
EN

Gemakkelijk te produceren 'natuurlijke' nanostructuren van kobaltfosfide blijken effectieve katalysatoren voor de elektrolyse van water. Dat ontdekten chemicus Ning Yan en zijn team bij het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) van de Universiteit van Amsterdam, in samenwerking met collega's van de School of Physics and Technology van Wuhan University, China. In een 'hot paper', dat de cover siert van het Journal of Materials Chemistry A, beschrijven ze hoe relatief eenvoudige elektrochemische depositiemethoden in gras-, blad- en bloemachtige nanostructuren resulteren, die een belofte inhouden voor efficiënte waterstofproductie.

Electron microscopy image of nanoflowers
Beeld: HIMS.

Bij de vervaardiging van nanostructuren wordt veel gebruik gemaakt van top-down benaderingen zoals lithografie. Dit is behoorlijk nuttig gebleken bij de fabricage van halfgeleiders, maar voor meer specifieke toepassingen blijkt deze aanpak nogal tijdrovend en niet bijzonder kosteneffectief. Als alternatief werken veel onderzoekers daarom aan de bottom-up synthese van nanostructuren, bijvoorbeeld via de zelfassemblage van individuele moleculen of nano-bouwstenen. Alleen vergt dat vaak dure additieven en het gebruik van oppervlakte-actieve stoffen die grootschalige vervaardiging tot een flinke uitdaging maken.

Natuurlijke nano-architecturen

Als alternatief onderzochten universitair docent Ning Yan en zijn promovendi Jasper Biemolt en Pieter Laan bij HIMS de relatief eenvoudige methode van electro-depositie van kobalthydroxide. In samenwerking met onderzoekers van de School of Physics and Technology van Wuhan University, China, kwamen ze tot 'natuurlijke' nano-architecturen die samen een soort nano-tuin vormen: aarde, grassen, bloemen en bladeren.

In het 'hot paper' dat op de voorkant van de Journal of Materials Chemistry A staat, beschrijven de onderzoekers hoe ze het systeem zo onder de knie hebben gekregen dat ze al deze structuren naar wens kunnen laten 'groeien'. Bovendien konden ze de nanostructuren katalytisch actief maken door middel van een eenvoudige fosfidering procedure. De resulterende kobaltfosfide nanostructuren zijn katalytische actief en bij het elektrolytisch splitsen van water bovendien bifunctioneel: zowel de waterstof-opwekkende reactie als de reactie die zuurstof oplevert worden daarbij versneld. De onderzoekers denken daarom dat de 'nanotuinen' een rol kunnen spelen bij de verbetering van de productie van waterstof via elektrolyse van water.

Graph showing the growing process
Ning Yan en collega's starten het 'nanotuinieren' met het aanbrengen van een laag 'aarde' van kobalthydroxide met behulp van een thermochemische techniek. Door daarbij concentraties en temperatuur te variëren, verkregen ze grasachtige structuren die stevig in de boden 'geworteld' zijn. Om vervolgens 'bloemen' en 'bladeren' aan te brengen gebruikten ze een elektro-depositie techniek. In een verdunde oplossing vindt elektrodepositie voornamelijk plaats vanaf de punt van de grasstengel, resulterend in bloemen. Bij meer geconcentreerde oplossingen gebeurt dat vanaf de onderkant van de stelen, waarbij bladachtige structuren ontstaan. Beeld: HIMS.