Bifunktionelle elektrokatalysatorer til effektiv brintproduktion via overordnet hydrazinspaltning

Brint er bredt anerkendt som en lovende ren energikilde, primært på grund af dets høje energitæthed og fraværet af kulstofemissioner under dets udnyttelse. Denne egenskab gør brint til en ideel kandidat til at imødekomme den voksende energiefterspørgsel og afbøde miljøpåvirkningen forbundet med overdreven brug af ikke-vedvarende fossile brændstoffer gennem de seneste årtier.

For at udnytte vedvarende energi fra kilder som sol-, vind- og tidevandsenergi involverer en overbevisende strategi omdannelsen af ​​denne flygtige energi til brint. Denne tilgang hjælper ikke kun med at imødekomme energiefterspørgselsgabet, men bidrager også til det menneskelige samfunds overordnede bæredygtighed.

I øjeblikket betragtes overordnet vandspaltning (OWS) som en levedygtig metode til brintproduktion. OWS, drevet af vedvarende energi, letter genereringen af ​​brint gennem hydrogenudviklingsreaktionen (HER) på katoden.

Faradic-effektiviteten af ​​brintproduktion hæmmes dog af den anodiske oxygenudviklingsreaktion (OER), som er karakteriseret ved træg kinetik og højt termodynamisk potentiale.

Derfor er der et presserende behov for udvikling af avancerede elektrokatalysatorer til OER eller andre oxidationsreaktioner med hurtig kinetik og lave termodynamiske potentialer.

En alternativ tilgang, der vinder trækkraft, er overordnet hydrazinspaltning (OHzS) til brintproduktion, der udnytter den anodiske hydrazinoxidationsreaktion (HzOR). HzOR udviser færre elektroner og hurtigere kinetik sammenlignet med OER, hvilket gør det til en lovende vej. Ikke desto mindre er der stadig en væsentlig udfordring i syntesen af ​​bifunktionelle elektrokatalysatorer for både HER og HzOR med lave overpotentialer.

For nylig introducerede et forskerhold i Kina en ny løsning i form af et todimensionelt multifunktionelt lagdelt dobbelthydroxid afledt af en metal-organisk rammepladeprecursor. Dette materiale er understøttet af nanoporøst guld, hvilket giver høj porøsitet. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Frontiers of Chemical Science and Engineering .

Bemærkelsesværdigt viser denne elektrokatalysator dobbelte tiltalende aktiviteter for både HER og HzOR. Rent praktisk udviser OHzS-cellen overlegen ydeevne, idet den kun kræver en cellespænding på 0,984 V for at levere 10 mA∙cm ^-2 , en bemærkelsesværdig forbedring sammenlignet med OWS-systemet (1.849 V).

Derudover udviser elektrolysecellen bemærkelsesværdig stabilitet, idet den arbejder kontinuerligt i mere end 130 timer. Denne innovative tilgang øger ikke kun effektiviteten af ​​brintproduktion, men lover også en mere bæredygtig og renere energifremtid.

Flere oplysninger: Yongji Qin et al., Multifunktionelle lagdelte dobbelthydroxider understøttet af nanoporøst guld mod overordnet hydrazinspaltning, Frontiers of Chemical Science and Engineering (2023). DOI:10.1007/s11705-023-2373-1

Leveret af Frontiers Journals