Grønt brint:Nanostruktureret nikkelsilicid skinner som en katalysator

Elektrolyse er måske et kendt koncept fra kemitimerne i skolen:To elektroder nedsænkes i vand og sættes under spænding. Denne spænding får vandmolekyler til at nedbrydes i deres komponenter, og gasbobler stiger ved elektroderne:Iltgas dannes ved anoden, mens hydrogenbobler dannes ved katoden. Elektrolyse kunne producere brint i en CO₂ -neutral måde - så længe den nødvendige elektricitet genereres af fossilfri energiformer såsom sol eller vind.

Det eneste problem er, at disse reaktioner ikke er særlig effektive og ekstremt langsomme. For at fremskynde reaktionerne anvendes katalysatorer baseret på ædle og sjældne metaller som platin, ruthenium eller iridium. Til anvendelse i stor skala skal sådanne katalysatorer imidlertid bestå af vidt tilgængelige og meget billige elementer.

Kemisk inducerede nanostrukturer

For at fremskynde oxygenudviklingsreaktionen ved anoden betragtes nikkelbaserede materialer som gode kandidater. Nikkel er modstandsdygtigt over for korrosion, næppe giftigt og også billigt. Indtil nu er energikrævende højtemperaturprocesser dog mest blevet brugt til at fremstille nikkelbaserede katalysatormaterialer.

Et hold ledet af Dr. Prashanth Menezes (HZB/TU Berlin) har nu fundet en "blød kemisk" måde at fremstille en effektiv katalysator baseret på nikkel-silicium intermetalliske nanokrystaller.

"Vi kombinerede grundstoffet nikkel med silicium, det næstmest almindelige grundstof i jordskorpen, og opnåede nanostrukturering via en kemisk reaktion. Det resulterende materiale har fremragende katalytiske egenskaber," siger Menezes. Det krystallinske Ni₂ Si tjente som en prækatalysator for den alkaliske oxygenudviklingsreaktion ved anoden og undergår overfladetransformation til dannelse af nicke(oxy)hydroxid som en aktiv katalysator under driftsbetingelser. Bemærkelsesværdigt var vandelektrolysen yderligere parret med værditilvækst organisk oxidationsreaktion, hvor elektrosyntese af industrielt værdifulde nitrilforbindelser blev fremstillet ud fra primære aminer med selektiv og fuld omdannelse under milde forhold. Sådanne elektrosyntetiske metoder kan øge brintgenereringen ved katoden og kan samtidig give adgang til værdifulde industriprodukter ved anoden.

Mere effektiv og stabil

Sammenlignet med moderne katalysatorer baseret på nikkel, kobolt, jern, ruthenium og iridium er det nanoporøse Ni₂ Si er betydeligt mere aktivt og forbliver stabilt i længere reaktionstid ved industrielt niveau. For at forstå adfærden af ​​Ni₂ Mere detaljeret kombinerede holdet forskellige målemetoder, herunder elementaranalyser, elektronmikroskopi og moderne spektroskopiske målinger på BESSY II. "I fremtiden vil selv industrielle alkaliske vandelektrolysatorer kunne udstyres med en belægning af dette nanoporøse nikkelsilicid," siger Menezes.

Forskningen blev offentliggjort i Advanced Energy Materials . + Udforsk yderligere

Kulstofbelagt nikkel muliggør en brintbrændselscelle fri for ædle metaller