Direkt användning av vatten som källa till väteatomer och vätemolekyler är grundläggande för utvecklingen av ekosystem och industri. Flytande vatten är dock en ogynnsam elektrondonator för att bilda dessa väteföreningar på grund av dess redoxtröghet.
En forskargrupp ledd av professor Wang Feng och biträdande professor Jia Xiuquan från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid Chinese Academy of Sciences (CAS), i samarbete med professor Richard N. Zares grupp från Stanford University, har realiserat vätgasbildning genom kontaktelektrifiering vid olje-vattenmikrodroppgränssnitt och dess reglering. Studien har publicerats i Journal of the American Chemical Society.
Vattenmikrodroppar har visat sig ha ett högt elektriskt fält vid mikrodropparnas gränssnitt, vilket är tillräckligt för att jonisera OH- för att spontant producera fria elektroner. Efterföljande laddningsöverföring kan leda till en mängd olika viktiga hydreringsreaktioner.
I den här studien fann forskarna en markant laddningsseparation mellan olje-vatten-mikrodroppar av olika storlek genom atomisering. Jämfört med rena vattenmikrodroppar förbättrades laddningsseparationen av oljiga vattenmikrodroppar på grund av den oljemedierade extraktionen av elektroner från sprayade mikrodroppar, vilket främjade genereringen av vätearter. Vätebildningen föreslogs ske genom kontaktelektrifiering och laddningsneutralisering vid gränsytan mellan mikrodroppar av olja och vatten.
Denna mekanism verifierades genom att tillsätta ytaktiva ämnen för att störa gränsytorna mellan vatten och olja, vilket undertryckte både laddningsseparation och vätgasutveckling.
Dessutom fann forskarna att den reducerande vätgasarten ytterligare kan leda till en in-situ CO2-hydreringsprocess som körs vid normal temperatur för selektiv CO-bildning med vatten som vätgaskälla.
Stora mängder vattenresurser utsätts för föroreningar som orsakas av oljeutsläpp, utsläpp av oljehaltigt avloppsvatten osv. Traditionell teknik för rening av avloppsvatten leder alltid till betydande koldioxidutsläpp. Denna studie visar att det är möjligt att återvinna oljehaltigt avloppsvatten genom att spruta en olje-vattenemulsion för att generera H2 från vatten, vilket skulle kunna omvandla reningsprocessen för oljehaltigt avloppsvatten till en livskraftig kolbindningsväg.
Ytterligare information: Xuke Chen et al, Sprayed Oil–Water Microdroplets as a Hydrogen Source, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c01455
