Forskare har skapat en katalysator från lignin, en biprodukt från pappersproduktion, som förbättrar ren väteproduktion genom vatten elektrolys. Materialet uppvisar låg överpotential och hög stabilitet, och erbjuder ett hållbart alternativ till kostsamma ädelmetaller. Denna framsteg kan göra storskalig väteproduktion mer ekonomisk och miljövänlig.
Forskare vid institutioner inklusive Guangdong University of Technology har omvandlat lignin, ett rikt avfall från pappers- och bioraffinaderibranscher, till en högpresterande katalysator för väteproduktion. Genom att bädda in nickeloxid- och järnoxidnanopartiklar i kolfiber från lignin utvecklade teamet en struktur som utmärker sig i syreutvecklingsreaktionen, ett nyckelskede i vatten elektrolys.
Processen involverar elektrospinning och termisk behandling för att omvandla lignin till kvävedopade kolfibrer, som ger ledningsförmåga, hög yta och stabilitet. Dessa fibrer stöder metalloxiderna och bildar en nanoskale heterojunkton som underlättar effektiv bindning och frisättning av intermediära molekyler. Denna design förhindrar partikelaggregering, ett vanligt problem i basmetallkatalysatorer, och förbättrar elektrontransporten.
Test visade att katalysatorn, kallad NiO/Fe3O4@LCFs, uppnår en överpotential på 250 mV vid 10 mA cm² och behåller stabilitet i över 50 timmar vid höga strömtätheter. Den överträffar enkelmetallkatalysatorer, med en Tafel-lutning på 138 mV per dekad som indikerar snabb kinetik. In situ Raman-spektroskopi och densitetsfunktionalteori-beräkningar bekräftade gränssnittets roll i att driva reaktionen.
"Syreutveckling är en av de största barriärerna för effektiv väteproduktion", sade Yanlin Qin, korresponderande författare. "Vårt arbete visar att en katalysator gjord av lignin... kan leverera hög aktivitet och exceptionell hållbarhet."
Metoden utnyttjar globalt riklig lignin och undviker behovet av sällsynta metaller. "Vårt mål var att utveckla en katalysator som inte bara presterar bra utan också är skalbar och rotad i hållbara material", tillade medförfattare Xueqing Qiu. Detta kan utvidgas till andra metallkombinationer och reaktioner, och stödja bredare mål för ren energi. Resultaten publiceras i Biochar X den 27 november 2025.
