Gennemgang af forskningens tilstand i 2D ædelmetal-baserede intermetalliske sammensatte elektrokatalysatorer

Efterhånden som efterspørgslen efter mere bæredygtig og effektiv energiproduktion vokser, fremstår elektrokemiske energikonverteringsteknologier, der er afhængige af elektrokatalyse, som lovende alternativer. Forskning i den bedste type elektrokatalysatorer er i gang.

Todimensionelle ædelmetalbaserede legeringselektrokatalysatorer er omkostningseffektive og tilgængelige, men har betydelige ulemper, herunder svag interaktion mellem atomerne i legeringen, hvilket fører til ustabilitet og reduceret aktivitet.

Men tilsætning af intermetalliske forbindelser (IMC'er) til legeringen forbedrer interaktionen mellem de forskellige elementer og har yderligere fordele. Forskning offentliggjort i Energy Materials and Devices gennemgår aktuel forskning i udvikling af 2D ædelmetal-baserede IMC'er og deres fordele.

"Indtil nu mangler der en omfattende gennemgang af syntesen af ​​2D ædelmetal-baserede IMC'er og deres potentielle anvendelser i elektrokatalyse. Denne gennemgang udfylder dette hul ved at give et omfattende overblik over syntesemetoderne for 2D ædelmetal-baserede IMC'er, herunder de CO-assisteret og halogenid-ion-modulationsmetoder. Gennemgangen adresserer også aktuelle udfordringer i syntese og elektrokatalytisk anvendelse af 2D ædelmetal-baserede IMC'er," sagde Fukai Feng, professor ved University of Science and Technology Beijing i Beijing, Kina.

I papiret ser forskerne først på de forskellige processer til syntetisering af 2D ædelmetal-baserede IMC'er, som inkluderer CO-assisteret og halogenid-ion-modulationsmetoder. De opsummerer derefter deres anvendelser inden for elektrokatalyse.

Der er visse fordelagtige egenskaber ved elektrokatalysatorer, der kan opnås under synteseprocessen, herunder symmetrireduktion. Dette er ønskeligt, fordi reduktion af symmetrien af ​​en katalysator forbedrer den elektrokatalytiske aktivitet.

Syntesemetoderne, der er analyseret i dette papir, inkluderer den CO-assisterede metode og en halogenid-ion-modulationsmetode. Begge metoder har deres fordele, afhængigt af den ønskede type 2D ædelmetalbaseret IMC.

Efter at have analyseret syntesemetoder, så forskerne på de forskellige virkelige anvendelser af 2D ædelmetal-baserede IMC'er i elektrokatalyse.

"De unikke egenskaber ved 2D ædelmetal-baserede IMC'er, herunder anisotropi (uensartethed), adskillige aktive steder, umættet koordination af atomer på overfladen og elektronoverførselseffektivitet, bidrager til deres fremragende katalytiske egenskaber," sagde Feng. P>

Et eksempel på en anvendelse i den virkelige verden af ​​en 2D ædelmetalbaseret IMC er i en direkte ethanolbrændselscelle. Denne rene energikilde er interessant, fordi den er vedvarende, nem at opbevare og transportere, og den har en høj energitæthed. Katalysatorer, der anvendes i direkte ethanolbrændselsceller, har en tendens til at absorbere mere af giftige mellemprodukter. Imidlertid hæmmer de 2D ædelmetal-baserede IMC'er denne absorption.

Forskere bemærkede, at der var områder, hvor færre undersøgelser er blevet udført, såsom brugen af ​​2D ædelmetal-baserede IMC'er til den elektrokemiske proces, der finder sted ved katoden under elektrokemisk vandopdeling til brintudvikling.

Når man ser fremad, håber forskerne, at flere udfordringer ved 2D-ædelmetal-baserede IMC-elektrokatalysatorer bliver løst, herunder syntetisering af 2D-ædelmetal-baserede IMC'er og de metaller, der bruges til denne proces. Dette er en udfordrende proces på grund af deres iboende anisotropi og høje overfladeenergi.

En anden udfordring, man står over for under synteseprocessen, er de overfladeaktive biprodukter, der forbliver efter syntesen, hvilket reducerer effektiviteten af ​​katalysatorerne. Selvom en metode kaldet termisk udglødning kan fjerne behovet for overfladeaktive stoffer, kommer denne proces med sine egne udfordringer.

Forskere vil gerne se nye metoder til at syntetisere de 2D ædelmetal-baserede IMC'er med termisk udglødning. Endelig vil forskere gerne se 3D-strukturer bygget fra 2D ædelmetal-baserede IMC'er for at forbedre langsigtet stabilitet af katalysatorerne og mere brede anvendelser af denne teknologi udforsket.

Andre bidragydere omfatter Sumei Han og Qipeng Lu fra School of Materials Science and Engineering ved University of Science and Technology Beijing og Qinbai Yun ved Department of Chemical and Biological Engineering &Energy Institute ved Hong Kong University of Science and Technology.

Flere oplysninger: Fukai Feng et al., Todimensionelle ædelmetalbaserede intermetalliske materialer til elektrokatalyse, Energimaterialer og -anordninger (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008

Leveret af Tsinghua University Press