Kombinatorisk high-throughput-strategi foreslået til screening af hydrogenudviklingsreaktionskatalysatorer

En forskergruppe ledet af prof. Wang Junqiang ved Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har udviklet en kombinatorisk high-throughput-strategi til at screene overlegne katalysatorer for hydrogenudviklingsreaktion (HER). Forskningsarbejdet er blevet offentliggjort i ACS Catalysis .

Takket være de fremragende egenskaber med lav pris, høj katalytisk aktivitet og god holdbarhed har katalysatorer baseret på flere ikke-ædelmetaller, såsom nikkel (Ni) og kobolt (Co) legeringer, tiltrukket sig stigende opmærksomhed verden over i forskningsområdet HER eller oxygenudviklingsreaktion (OER). Men på grund af det store sammensætningsrum af flerkomponentlegeringer, som kræver betydeligt arbejde med katalysatorfremstilling og ydeevnetest, er det stadig udfordrende at identificere den optimale katalysator for HER både beregningsmæssigt og eksperimentelt.

Baseret på tidligere undersøgelser valgte forskere ved NIMTE de ikke-ædle grundstoffer Ni og Co som de dominerende legeringskomponenter med titanium (Ti) som det ekstra legeringselement og skræddersyede dermed brintudviklingen. Gennem magnetron co-sputtering aflejring syntetiserede forskere det ternære Ni-Co-Ti filmbibliotek.

Forskerne foreslog boblescreeningsmetoden med høj kapacitet for at identificere de overlegne flerkomponentlegeringer, der anvendes som de højtydende HER-katalysatorer. Den overordnede screeningseffektivitet er blevet forbedret med mere end 10.000 gange sammenlignet med de traditionelle tidskrævende og arbejdskrævende trial-and-error-metoder.

Derudover blev den parallelle elektrokemiske analyse udført, hvilket indikerer, at blandt bredfasediagrammet med 39 % 56,5 Co₃₅ Ti_8.5 legering har den optimale katalytiske ydeevne.

Desuden undersøgte de den underliggende mekanisme og fandt ud af, at den lave atomare pakningstæthed og lave elektronbindingsenergi bidrager til den høje katalytiske aktivitet i HER.

Den kombinatoriske high-throughput-strategi, der blev foreslået i denne undersøgelse, viste et stort potentiale til at blive udvidet til katalysatorudforskningen i legeringssystemer med højere sammensætning og endda for OER'er. + Udforsk yderligere

Forbedret brændselscelleydelse ved hjælp af halvlederfremstillingsteknologi