Ny elektrokatalysator til brintproduktion med forbedret faradaisk effektivitet

Forskere over hele verden arbejder aktivt på at fremskynde udviklingen af ​​nye katalysatorer, der i høj grad kan reducere omkostningerne ved brintproduktion. En række gennembrudskatalysatorer er blevet rapporteret, alligevel er deres forventede ydelse ofte ukendt før implementering, og derfor er yderligere forskning påkrævet til praktisk brug. En nylig undersøgelse, tilknyttet UNIST, har introduceret en ny højeffektiv katalysator til hydrogenproduktion, og dens forventede katalytiske ydeevne er også blevet påvist.

Professor Jong-Beom Baek og hans forskerhold på School of Energy and Chemical Engineering ved UNIST har med succes udviklet en ny vandopdelende brintkatalysator, som består af ruthenium (Ru) nanopartikler ensartet fordelt og forankret på overfladen af ​​multiwalled carbon nanorør (MWCNT'er), eller (Ru@MWCNT). Forskergruppen evaluerede også Ru@MWCNTs katalytiske ydeevne. Resultaterne indikerede, at Ru@MWCNT -katalysatoren på mange måder er bedre end de kommercielle Pt/C -katalysatorer. De nye katalysatorer er enkle at syntetisere og kan masseproduceres, ifølge forskerholdet.

"Ud over at introducere yderst effektive og stabile katalysatorer, der overgår egenskaberne ved eksisterende materialer, denne undersøgelse har til formål at evaluere katalysatorelektrodernes katalytiske ydeevne, som er en væsentlig del af kommercialiseringen, "siger professor Baek.

Brint er det mest udbredte element, der tegner sig for 75% af universet, og er blevet betragtet som en effektiv og miljøvenlig strømkilde for fremtiden. I øjeblikket, størstedelen af ​​brint produceres fra fossile brændstoffer, såsom naturgas, og dette frigiver ofte kuldioxid (CO ₂ ) emissioner i processen. Som et alternativ, processen med at bruge elektricitet til at opdele vand i hydrogen og ilt er blevet foreslået, men dette kræver brug af dyre katalysatorer, såsom platin.

Derfor, Professor Baeks team har støt og roligt udviklet katalysatorer, der ikke kun er bedre end traditionelle platinkatalysatorer, men har lavere produktionsomkostninger. Ru@MWCNT-katalysatoren udviser overlegne elektrokemiske egenskaber i forhold til de tidligere annoncerede metal-organiske katalysatorer. Katalysatoren demonstrerer fremragende HER -ydeevne med lave overpotentialer (se figur 1), fremragende holdbarhed og høje omsætningsfrekvenser under både sure og basiske forhold.

Ru@MWCNT -katalysatorerne tager strukturen, hvor ruthenium (Ru) nanopartikler er ensartet fordelt og forankret på overfladen af ​​multiwalled carbon nanorør (MWCNT'er). Takket være den mindre partikelstørrelsesfordeling og partikelens ensartethed, den viser fremragende HER -ydeevne og til dette, en fremstillingsproces er også blevet udviklet.

"Den eksisterende metode til at kombinere Ru og CNT'er, der er en tendens til, at Ru -partikler hænger sammen og ved støt at øge agglomeratets størrelse under varmebehandlingen, "siger Do Hyung Kweon (kombineret MS/Ph.D. inden for energi og kemiteknik, UNIST), undersøgelsens første forfatter. "Vi undertrykker denne partikelagglomerering via introduktionen af ​​'Ru salt' og '-COOH', og dette muliggjorde en ensartet fordeling af Ru nanopartikler på overfladen af ​​MWCNT."

For nøjagtigt at bestemme ydelsen af ​​den nye katalysator, Professor Baek har foretaget HER-evalueringen af ​​den faktiske konstruktion og analyse af vandspaltningssystemer, ud over den eksisterende overpotentialemåling. Deres resultater viser, at Ru@MWCNT producerer 15,4%mere brint pr. Strømforbrug end kommerciel Pt/C, og Faradaic -effektiviteten (92,28%) er højere end Pt/C (85,97%).

"Tidligere undersøgelser af brintkatalysatorer fokuserer på evalueringen af ​​selve den katalytiske ydeevne, og de var utilstrækkelige til at håndtere den faktiske konstruktion og analyse af vandopdelingssystemer, "siger professor Baek." Denne undersøgelse er vigtig, da den kan forudsige den faktiske HENNE anvendelighed. "

Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .