Multi-skala strukturerede materialer til elektrokatalyse og fotoelektrokatalyse

Som en ny klasse af porøse materialer, noble metal aerogels (NMA'er) har tiltrukket opmærksomhed for deres selvbærende arkitekturer, høje overfladearealer og deres mange optisk og katalytisk aktive steder, muliggør imponerende præstationer på forskellige områder.

Imidlertid, nuværende fabrikationsmetoder lider under lange fremstillingsperioder, uundgåelige urenheder, og ukontrollerede flerskalastrukturer, afskrækkende praktiske anvendelser.

Dr. Ran Du fra Kina har været Alexander von Humboldt-forsker ved TU Dresden siden 2017. I samarbejde med Dresden-kemikerne Dr. Jan-Ole Joswig og Professor Alexander Eychmüller, de har for nylig lavet en ny fryse-tø-metode, der er i stand til at erhverve flerskalastrukturerede ædelmetal-aerogeler som overlegne fotoelektrokatalysatorer til elektrooxidation af ethanol, fremme deres anvendelse til brændselsceller.

Deres arbejde er nu udgivet som en forsidehistorie i Angewandte Chemie International Edition , med titlen "Fryse-tø-fremmende fremstilling af rene og hierarkisk strukturerede ædelmetalgeler til elektrokatalyse og fotoelektrokatalyse."

Ran Du og hans team fandt usædvanlige selvhelbredende egenskaber ved ædelmetallgeler i deres tidligere arbejde. Inspireret af disse fund, en fryse-tø-metode blev udviklet som en additivfri tilgang til direkte at destabilisere fortyndede metalnanopartikelopløsninger (koncentration på 0,2-0,5 mM).

Ved frysning, store aggregater blev genereret på grund af de intensiverede saltningseffekter, som den dramatisk øgede lokale opløste koncentration har påført; i mellemtiden, de blev formet i mikrometerskala af in situ dannede iskrystaller.

Efter optøning, aggregater aflejret og samlet til monolitiske hydrogeler som et resultat af deres selvhelbredende egenskaber. Renset og tørret, rene hydrogeler, og de tilsvarende aerogeler blev opnået.

På grund af de hierarkisk porøse strukturer, renligheden, og de kombinerede katalytiske/optiske egenskaber, de resulterende guld-palladium (Au-Pd) aerogeler viste sig at vise imponerende lysdrevet fotoelektrokatalytisk ydeevne, leverer en strømtæthed på op til 6,5 gange højere end den for kommerciel palladium-på-carbon (Pd/C) til ethanoloxidationsreaktionen.

"Det nuværende arbejde giver en ny idé til at skabe rene og hierarkisk strukturerede gelmaterialer direkte fra fortyndede prækursoropløsninger, og det bør tilpasse sig forskellige materialesystemer for forbedret applikationsydelse til katalyse og videre, "siger kemiker Ran Du.