研究者らは、製紙の副産物であるリグニンから触媒を作成し、水の電気分解によるクリーン水素生成を強化した。この材料は低い過電圧と高い安定性を示し、高価な貴金属の持続可能な代替品を提供する。この進展は、大規模水素生産をより経済的で環境に優しいものにする可能性がある。
広東工業大学を含む機関の科学者らは、製紙およびバイオリファイナリー産業から豊富に発生する廃棄物リグニンを、水素生産用の高性能触媒に変えた。リグニン由来の炭素繊維に酸化ニッケルおよび酸化鉄ナノ粒子を埋め込むことで、チームは水電気分解の重要なステップである酸素発生反応に優れた構造を開発した。
このプロセスは、エレクトロスピニングと熱処理によりリグニンを窒素ドープ炭素繊維に変換し、導電性、高比表面積、安定性を提供する。これらの繊維は金属酸化物を支持し、中間分子の効率的な結合と放出を促進するナノスケールのヘテロ接合を形成する。この設計は、ベースメタル触媒で一般的な粒子凝集を防ぎ、電子伝達を強化する。
テストにより、NiO/Fe3O4@LCFsと名付けられた触媒は、10 mA cm²で250 mVの過電圧を達成し、高電流密度で50時間以上安定性を維持することが明らかになった。単一金属触媒を上回り、1デケードあたり138 mVのターフェル勾配が高速動力学を示す。イ原位ラマン分光法と密度汎関数理論計算が、界面の反応駆動役割を確認した。
「酸素発生は効率的な水素生産の最大の障壁の一つです」と、対応著者であるYanlin Qin氏は述べた。「我々の研究は、リグニンから作られた触媒が...高い活性と卓越した耐久性を提供できることを示しています。」
この手法は世界的に豊富なリグニンを活用し、希少金属を必要としない。「我々の目標は、優れた性能だけでなく、スケーラブルで持続可能な材料に根ざした触媒を開発することでした」と、共同著者のXueqing Qiu氏が付け加えた。これは他の金属組み合わせや反応に拡張可能で、より広範なクリーンエネルギー目標を支援する。知見は2025年11月27日のBiochar Xに掲載された。
