En milepæl inden for ultrahurtig gelfremstilling fra ukonventionelle selvhelbredende ædelmetalgeler

Elektrokatalyse er i vid udstrækning involveret i mange vigtige energirelaterede processer, såsom oxygenreduktionsreaktionen (ORR) for brændselsceller, hydrogenudviklingsreaktionen (HER) til grøn brintproduktion, og oxygenudviklingsreaktionen (OER) for metal-luftbatterier. Ædelmetal aerogeler (NMA'er) er dukket op som en ny klasse af fremragende elektrokatalysatorer, kombinerer funktionerne i metaller og aerogeler. Imidlertid, udviklingen af ​​disse porøse materialer er blevet hæmmet af træge fremstillingsmetoder, som kræver flere timer eller endda uger. Ud over, ædle metallers unikke optiske egenskaber – f.eks. plasmonisk resonans - er hidtil blevet ignoreret i NMA'er, begrænser deres potentielle høje ydeevne i elektrokatalyse.

Ran Du fra Kina er en Alexander von Humboldt -stipendiat, der siden 2017 har arbejdet som postdoc i den fysiske kemigruppe af professor Alexander Eychmüller ved TU Dresden. Sammen, de afslørede for nylig en ukonventionel selvhelbredende adfærd i ædelmetalgeler, en sjælden egenskab i udelukkende uorganiske gelsystemer. På dette grundlag, de udviklede en metode til enormt at accelerere geleringshastigheden. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Stof .

Denne ukonventionelle og konceptuelt nye strategi for hurtig gelering er en kontraintuitiv, forstyrrelsesfremmet geleringsmetode. In situ-introduktionen af ​​et forstyrrelsesfelt under geleringen letter i høj grad massetransport og inducerer accelereret reaktionskinetik. Ved fjernelse af forstyrrelsesfeltet, de resulterende gelstykker kan samles igen til en monolit via den selvhelbredende egenskab. Dette fører til gelering inden for et til 10 minutter ved stuetemperatur uden at påvirke gelers mikrostrukturer. Dette er to til tre størrelsesordener hurtigere end traditionelle tilgange. Mekanismen blev også understøttet af Monte Carlo -simuleringer. Især forstyrrelsesmetoderne kan udvides til rystelser og bobler, og metoden er anvendelig til forskellige sammensætninger, såsom guld (Au), palladium (Pd), rhodium (Rh), guld-palladium (Au-Pd), guld-palladium-platin (Au-Pd-Pt), og morfologier, for eksempel, kerne-skal strukturen eller den homogene struktur.

Ran Du udnyttede også de kombinerede optiske og katalytiske aktiviteter af ædelmetaller:"Vi var også de første til at demonstrere de fotoelektrokatalytiske egenskaber af NMA'er ved at bruge ethanoloxidationsreaktion (EOR) som en modelreaktion, viser en aktivitetsforøgelse på op til 45,5 % ved belysning og realiserer en strømtæthed på op til 7,3 gange højere end den for kommercielt palladium/kulstof (Pd/C). Dermed, vi var pionerer i udforskningen af ​​fotoelektrokatalyse på NMA'er, åbner nyt rum for både grundlæggende og applikationsorienterede undersøgelser af ædelmetallgeler og andre systemer. "