Fremstilling af brintenergi med det almindelige nikkel

For at løse energikrisen og miljøproblemer, forskning i at bevæge sig væk fra fossile brændstoffer og konvertere til miljøvenlig og bæredygtig brintenergi er godt i gang rundt om i verden. For nylig, et team af forskere ved POSTECH har foreslået en måde at effektivt producere brintbrændstof via vandelektrolyse ved hjælp af billigt og let tilgængeligt nikkel som elektrokatalysator, grønt lys for brintøkonomiens æra.

Et POSTECH-forskerhold ledet af professor Jong Kyu Kim og ph.d. kandidat Jaerim Kim fra Institut for Materialevidenskab og Teknik og et team ledet af professor Jeong Woo Han og Ph.D. kandidat Hyeonjung Jung fra Institut for Kemiteknik har i fællesskab udviklet et højeffektivt nikkelbaseret katalysatorsystem doteret med oxofile overgangsmetalatomer og har identificeret sammenhængen mellem katalytiske adsorptionsegenskaber og hydrogenudviklingsreaktion (HER) kinetik i et alkalisk medium. Anerkendt for deres betydning, disse forskningsresultater blev fremhævet som forsidepapiret for Journal of the American Chemical Society .

Brændselscelle er en miljøvenlig strømgenererende enhed, der producerer elektricitet ved hjælp af en kemisk reaktion, hvor oxygen (O) ₂ ) og hydrogen (H ₂ ) producerer vand (H ₂ O). Under denne proces, reduktion af vandelektrolyse forekommer som en modreaktion, som adskiller vand for at generere brintbrændstof. Dette er kendt for at være den mest miljøsikre og bæredygtige måde at producere højrent brintbrændstof i store mængder. Imidlertid, det har en ulempe ved at være dyr og ineffektiv, da det kræver brug af ædle metaller som elektroder. For at reducere enhedsomkostningerne for brintbrændstof produceret gennem vandelektrolyse, det er altafgørende at udvikle meget aktiv, stabil, og billig elektrokemisk katalysator, i stand til at maksimere brintproduktionsydelsen.

Til dette, det fælles forskerhold designede en yderst effektiv katalysator ved at kombinere jordrigt nikkel med en række oxofile overgangsmetalelementer for at optimere adsorptionsevnerne i alkalisk HER. Holdet demonstrerede yderligere, at inkorporering af oxofile dopingmidler effektivt kan kontrollere adsorptionsegenskaberne af overfladen af ​​Ni-baserede katalysatorer.

For yderligere at øge HER-aktiviteten af ​​de Ni-baserede katalysatorer, forskerne introducerede en unik 3-dimensionel (3-D) nanohelix (NH) array, let fremstillet ved en skrå vinkel kodeposition metode, for rigelige overfladeaktive steder, effektive veje til afgiftsoverførsel, og åbne kanaler for massetransport. De havde med succes fremstillet meget aktiv og stabil Cr-inkorporeret Ni NHs-katalysator, der viste en fremragende brintproduktionseffektivitet med reduceret overspænding mere end fire gange sammenlignet med de konventionelle nikkel-baserede tyndfilmskatalysatorer.

"Denne forskning er vigtig, idet den giver det videnskabelige grundlag for høj ydeevne og kommercialisering af bæredygtigt hydrogenenergiomdannelsessystem, " forklarede professor Jong Kyu Kim, den tilsvarende forfatter til avisen. "Kernekoncepterne i designstrategien og den eksperimentelle metodologi for effektive bimetalliske elektrokatalysatorer kan ikke kun anvendes på vandelektrolysatorer, men også til brændselsceller, reduktion af kuldioxid, og foto-elektrokemiske system. Det forventes, at sikring af denne originale teknologi vil have betydelige ringvirkninger og teknologisk ekspansion i miljøenergisektoren."

Professor Jeong Woo Han, avisens medkorresponderende forfatter, tilføjet, "Beregningskemi har dramatisk accelereret vandelektrolysereaktionen ved hurtigt at finde bimetaller, der kan kontrollere katalysatorens adsorptionsstyrke for at muliggøre fremstillingen af ​​bimetalliske elektrokatalysatorer, der kun bruger uædle materialer."