Meget stabil vandelektrolysekatalysator til produktion af brint og oxygen

En nylig undersøgelse, tilknyttet UNIST har præsenteret ædle katalysatorer til vandelektrolyse, i stand til at generere brint og oxygen på samme tid. Ifølge forskerholdet, blandt de hidtil rapporterede katalysatorer, disse er mest stabile, let at lave, overkommelige og har fremragende ydeevne.

I dette studie, Professor Hyeong-seong Park, sammen med professor Gun Tae Kim, og professor Sang-kyu Kwak fra School of Energy and Chemical Engineering ved UNIST introducerede en heterostruktur bestående af perovskitoxider (La _0,5 Sr _0,5 CoO _3-δ , LSC) og molybdændiselenid (MoSe ₂ ) som en elektrokemisk katalysator til overordnet vandelektrolyse. De nye katalysatorer er enkle at syntetisere og kan masseproduceres, ifølge forskerholdet.

Vandelektrolyseteknologier betragtes som den mest miljøvenlige og effektive måde til bæredygtig brintproduktion. Dette er en veletableret teknologi, der er blevet brugt til nedbrydning af vand til ilt og brint på grund af passage af en elektrisk strøm. På dette tidspunkt, en katalysator til at hjælpe vandnedbrydningsreaktionen er nødvendig. Tidligere undersøgelser har rapporteret, at ædelmetal-baserede katalysatorer, såsom platin (Pt) eller iridium (Ir) viser fremragende katalytisk ydeevne. Imidlertid, kommercialiseringen af ​​ædelmetal-baserede katalysatorer er vanskelig på grund af høje omkostninger og lav stabilitet.

I dette studie, forskerholdet rapporterer om en simpel metode (kuglefræsningsteknik) til syntese af en heterostrukturkatalysator, hvor perovskitoxider (LSC) og molybdændiselenid (MoSe) ₂ ) anbringes i en beholder, derefter valset med stålmetaller. Den nye katalysator viser ydeevne tæt på ædelmetal-baserede katalysatorer til generering af både brint og oxygen. Det, der adskiller den fra andre ædelmetalbaserede katalysatorer, er, at den nye katalysator udviser fremragende katalytisk ydeevne på begge sider.

I særdeleshed, den foreslåede katalysator udviste fremragende samlet vandelektrolysestabilitet over 1000 timer ved en høj strømtæthed på 100 mA cm ^–2 . Tidligere rapporterede katalysatorer lider af elektrodeskade, selv ved strømtætheden på 50 mA.

"Transition Metal Dichalocogenides (TMD'er) siges at udvise fremragende stabilitet, så der havde været nogle undersøgelser, brug af TMD'er som katalysatorer til vandelektrolyse. Imidlertid, det har været vanskeligt at ændre de halvledende egenskaber af TMD'er til egenskaberne af metaller, hvor elektrisk strøm kan flyde frit, " siger Nam Khen Oh i ph.d.-programmet for Energi og Kemiteknik ved UNIST, undersøgelsens første forfatter. "I dette studie, nogle af TMD'erne blev omdannet til metalegenskaber under syntesen af ​​de to materialer, hvilket i høj grad forbedrede ydeevnen og stabiliteten af ​​katalysatoren."

Den unikke halvleder-metal strukturelle faseovergangsion i heterostrukturen af ​​LSC og MoSe ₂ er først blevet opdaget i dette værk, er således blevet identificeret eksperimentelt og teoretisk. Når elektroner bevæger sig fra LSC til MoSe ₂ , nogle strukturer af TMD'er ændrer sig, derefter ændres den halvledende egenskab til metalegenskaben.

"Faseovergangsfænomenet, der delvist optræder, når elektroner bevæger sig mellem overgangsmetallet chalcogenidet og perovskitoxidet, vil præsentere et nyt perspektiv på overgangsmetallet chalcogenid faseovergang, " siger professor Park. "Vi forventer, at det foreslåede katalysatordesign kan kombineres med forskellige forbindelser, så potentialet er ubegrænset."

Deres resultater vil give et nyt indblik i forskningen i den elektrolytiske opløsningskatalysator, som har været fokuseret på metalbaserede katalysatorer. "For nylig, de fleste af de alkaliske hydrotermiske teknikker er fokuseret på udviklingen af ​​metalbaserede hydrogenproduktionsreaktionskatalysatorer, " siger Changmin Kim i den kombinerede M.S/Ph.D. i energi og kemiteknik ved UNIST, den første medforfatter til denne undersøgelse. "Som katalysator for iltgenereringsreaktion, som har fanget rygraden i vandnedbrydningsreaktionen, er kommet ud med en ny katalysator, der viser høj ydeevne, relateret teknologi vil videreudvikles."

"Kommercialisering af hydrobehandlingskatalysatorerne kræver simpel syntese, bulking, reproducerbarhed, lavpris, Høj ydeevne, og høj stabilitet, " siger professor Kim. "Vores nye katalysatorer forventes at opfylde disse krav."