Ny metode til syntese af molekylært hydrogen sætter benchmark for platinfri elektrokatalysatorer

Den voksende bekymring over energikrisen og alvorligheden af ​​miljøforurening kræver akut udvikling af vedvarende energikilder som mulige alternativer til aftagende fossile brændstoffer. På grund af sin høje energitæthed og miljøvenlige egenskaber, molekylært brint er en attraktiv og lovende energibærer til at opfylde fremtidige globale energibehov.

I mange af tilgangene til brintproduktion, den elektrokatalytiske hydrogenudviklingsreaktion (HER) fra vandspaltning er den mest økonomiske og effektive vej for fremtidens brintøkonomi. For at accelerere den træge HENDE-kinetik, især i alkaliske elektrolytter, meget aktive og holdbare elektrokatalysatorer er afgørende for at sænke det kinetiske HER-overpotentiale. Som et benchmark HER elektrokatalysator med et nul HER overpotentiale, ædelmetallet platin (Pt) spiller en dominerende rolle i nuværende H2-produktionsteknologier, såsom vand-alkali-elektrolysatorer. Desværre, knapheden og de høje omkostninger ved Pt hæmmer alvorligt dets store anvendelser i elektrokatalytiske HER'er.

Prof. Xinliang Fengs team fra Technische Universität Dresden (Tyskland)/ Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), i samarbejde med University Lyon, ENS de Lyon, Center national de la recherche scientifique (CNRS, Frankrig), Tohoku University (Japan) og Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (IKTS) (Tyskland), har rapporteret en billig MoNi4-elektrokatalysator forankret på MoO2-kuboider, som er lodret justeret på nikkelskum (MoNi4/MoO2@Ni).

MoNi4 nanopartikler er konstrueret in situ på MoO2 kuboiderne ved at kontrollere den udadgående diffusion af Ni-atomer. Den resulterende MoNi4/MoO2@Ni udviser en høj HER-aktivitet, der er meget sammenlignelig med Pt-katalysatorens og præsenterer den nyeste HER-aktivitet blandt alle rapporterede Pt-fri elektrokatalysatorer. Eksperimentelle undersøgelser afslører, at MoNi4-elektrokatalysatoren opfører sig som det meget aktive center og viser hurtig Tafel-trinbestemt HER-kinetik. Desuden, Density Functional Theory (DFT) beregninger bestemmer, at den kinetiske energibarriere for Volmer-trinnet for MoNi4-elektrokatalysatoren er stærkt reduceret. Den store forberedelse og fremragende katalytiske stabilitet giver MoNi4/MoO2@Ni en lovende anvendelse i vand-alkali-elektrolysatorer til brintproduktion. Derfor, udforskningen og forståelsen af ​​MoNi4-elektrokatalysatoren giver et lovende alternativ til Pt-katalysatorer til nye anvendelser inden for energiproduktion.