Afskærmning af iltproduktion for at holde brint på vej

En porøs ceriumbaseret belægning øger holdbarheden af ​​oxygendannende katalysatorer, mens de bibeholder deres iboende vandspaltningsaktivitet.

Effektiviteten af ​​at adskille brint og oxygen fra vand kan øges ved hjælp af omkostningseffektive elektrokatalysatorer, der kombinerer høj ydeevne og robusthed. Forskere fra KAUST har udviklet en belægning, der beskytter vandspaltende katalysatorer dedikeret til såkaldt oxygenudvikling uden at reducere deres elektrokemiske aktivitet.

Brint bærer betydelig energi. Omfattende bestræbelser på at isolere denne lovende kilde til rent brændstof fra vand har ført til elektrokemiske tilgange, såsom vandelektrolyse og lysdrevet vandspaltning. Disse metoder er typisk afhængige af hydrogendannelse ved katoden og oxygenudvikling ved anoden. Imidlertid, i modsætning til sin brint-modstykke, iltudviklingen er normalt langsom og kræver betydelig overpotentiale, hvilket betyder, at anoden forbruger mere energi end termodynamisk estimeret. Dette hæmmer den samlede brintproduktion.

Nikkel-jernoxid-katalysatorer, såsom NiFeOx, har vist sig meget aktive for den anodiske reaktion, men er ustabile under barske oxidative forhold. Udsættelse for overspænding eller alkaliske opløsninger får disse katalysatorer til at miste jernholdige stoffer, som opløses fra de aktive steder og gradvist bliver deaktiveret.

For at løse dette problem, Ph.d. studerende Keisuke Obata og professor i kemisk videnskab Kazuhiro Takanabe har udviklet en beskyttende belægning til en NiFeOx -anode. Det tynde ceriumoxid (CeOx) lag bestod af bittesmå partikler aggregeret til en porøs struktur, der tillod kun genererede oxygenmolekyler at undslippe.

Ifølge Takanabe, hans forskningsgruppe introducerer generelt nanoskala funktionelle funktioner på overfladerne af vandspaltende elektroder for at forbedre ydeevnen. "Vores gruppe har fundet mange nanostrukturerede belægninger til hydrogenudviklingskatoden, men ingen, der stabilt kunne dække overfladen af ​​iltudviklingsanoden, " han siger.

Ud fra deres erfaring med katodiske belægninger, forskerne kom med en ny belægning til oxygenudviklingskatalysatoren:anodisk aflejring af Ce3+ -ioner, som blev oxideret og udfældet som et CeOx-lag under påført spænding. "Vi forventede ikke, at ceriumarterne ville forbedre stabiliteten af ​​nikkel-jernoxid-katalysatorerne i begyndelsen af ​​projektet, " siger Obata, at bemærke, at mens stabilitet er en vigtig faktor for katalyse, er reaktivitet kritisk.

CeOx-laget opretholdt den iboende reaktivitet af elektrokatalysatoren nedenunder og, følgelig, kun tilføjet selektiv permeabilitet og holdbarhed til elektroden. Et lignende fænomen opstod for en CeOx-belagt anodisk koboltelektrokatalysator, hvilket betyder, at denne aflejring vil fungere på tværs af forskellige oxygenudviklingskatalysatorer.

Takanabes team undersøger i øjeblikket forskellige materialer for at perfektionere egenskaberne af deres belægning. "Vi tester vores materialer under brancherelevante forhold, " tilføjer han.