Heliumbombardement geeft ijzer een nanostructuur op maat
Een team onderzoekers van FOM-instituut DIFFER en de Universiteit Basel publiceert in het vakblad Advanced Materials and Interfaces een nieuwe techniek om sponzige nanostructuren te laten groeien op een ijzeroppervlak door een bombardement van heliumionen. Onder leiding van FOM-promovendus Irem Tanyeli werkt het team daarmee aan een katalysator die efficiënt en zonder zeldzame grondstoffen zonne-energie op kan slaan in chemische bindingen. Zulke solar fuels, zonnebrandstoffen, maken het mogelijk om fluctuerende duurzame energiebronnen op grote schaal toe te passen in de energie-infrastructuur.
Van zonlicht naar waterstof
Om zonne-energie op te slaan in waterstof is een materiaal nodig dat water kan splitsen in waterstof en zuurstof, door licht in te vangen en efficiënt te vervoeren naar de plaats waar de chemische reactie plaatsvindt. Een metaaloxide met een schuimige structuur op nanoschaal is daarvoor goed geschikt, dankzij zijn grote oppervlak. In eerder onderzoek lieten Irem Tanyeli en collega's al zien dat ze zulk 'nanoschuim' kon blazen in het zeldzame metaal wolfraam met een dicht, relatief koud heliumplasma in DIFFER's plasma-experimenten Magnum-PSI en Pilot-PSI. Door ophoping van helium in het metaaloppervlak ontstaan bellen, die openbreken in een schuimachtige structuur. Die poreuze structuur is na oxidatie geschikt als fotokatalysator voor het splitsen van water.
Schuim onder controle
De nieuwe resultaten van Tanyeli en collega 's laten zien dat hun opschuimtechniek ook werkt met het ruim voorradige metaal ijzer. Uit de metingen blijkt verder dat de structuur die het schuim krijgt tijdens het heliumbombardement alleen afhangt van de temperatuur van het metaaloppervlak en van de duur van de blootstelling. Zo kunnen ze de katalysator de gewenste schuimstructuur geven. In vervolgonderzoek wil Tanyeli met haar collega's het rendement van de nieuwe fotokatalysator bepalen. Het wolfraam nanoschuim uit haar eerdere experimenten presteert met een fotostroom rond 1 mA/cm2 bij 1,23V al vergelijkbaar met andere fotokatalysatoren.
Solar fuels: duurzame energie omzetten in brandstof
Een energie-infrastructuur met een groot aandeel van duurzame, fluctuerende bronnen zoals zon en wind vraagt om een efficiënte manier van energieopslag en transport. In zijn solar fuels-programma werkt DIFFER aan de opslag van duurzaam opgewekte elektriciteit in de vorm van chemische bindingen. DIFFER richt zich daarbij onder andere op efficiënte recycling van CO2 naar methaan en op de productie van waterstof. Zulke brandstoffen hebben een hogere energiedichtheid dan elektrische opslag en sluiten beter aan op de bestaande energie-infrastructuur.
Voor de redactie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Irem Tanyeli MSc - (030) 609 69 99
Prof.dr.ir. Richard van de Sanden - directeur DIFFER, onderzoeksleider solar fuels, (030) 609 69 99
Gieljan de Vries MSc - hoofd voorlichting, (030) 609 69 02.
Artikel
Nanostructuring of iron surfaces by low-energy helium ions
Nanodons voor waterstofproductie