En kraftfuld katalysator til elektrolyse af vand, der kan hjælpe med at udnytte vedvarende energi

At finde og forbedre vedvarende energikilder bliver stadig vigtigere. En strategi til at generere energi er at bryde vandmolekyler (H ₂ O) fra hinanden i en elektrokemisk reaktion kendt som elektrolyse. Denne proces giver os mulighed for at omdanne energi fra solen eller andre vedvarende kilder til kemisk energi. Imidlertid, elektrokemisk spaltning af vandmolekyler kræver et overpotentiale - en overspænding, der skal påføres ud over den teoretiske spænding (1,23V vs. reversibel brintelektrode eller RHE), så de nødvendige reaktioner kan forekomme.

Elektrokatalysatorer er materialer, på grund af deres elektriske og morfologiske egenskaber, lette elektrokemiske processer. Forskere har ledt efter elektrokatalysatorer, der kan hjælpe med elektrolyse af vand, og nogle af de bedste katalysatorer er ædelmetaloxider, som er sjældne og dyre. Nikkelbaseret hydroxid (Ni(OH) ₂ ) forbindelser er, heldigvis, et bedre alternativ.

Et team af forskere, herunder Profs. Hyunsik Im og Hyungsang Kim fra Dongguk University, intercalated polyoxovanadate (POV) nanoclusters i Ni(OH) ₂ arrangeret i ordnede lag og fandt ud af, at dette forbedrer dets ledende og morfologiske egenskaber, hvilket igen øger dets katalytiske aktivitet. De brugte en lovende metode kaldet kemisk opløsningsvækst (CSG), hvor en meget mættet opløsning fremstilles, og den ønskede materialestruktur dannes naturligt, når de opløste stoffer udfældes på en forudsigelig og kontrolleret måde, skabe en lag-for-lag struktur med POV nanoclusters indskudt mellem Ni(OH)2 lagene.

Holdet demonstrerede, at den resulterende korthus-lignende struktur i høj grad reducerede det overpotentiale, der var nødvendigt for elektrolyse af vand. De tilskrev dette materiales morfologiske træk; POV nanoclusterne øger afstanden mellem Ni(OH) ₂ lag og inducerer dannelsen af ​​mikroporer, hvilket øger overfladearealet af det endelige materiale og antallet af katalytiske steder, hvor vandmolekyler kan spaltes. "Vores resultater viser fordelene ved CSG-metoden til at optimere porestrukturen af ​​det resulterende materiale, " forklarer Prof. Im.

At lette elektrolyse af vand ved hjælp af nye katalysatorer er et skridt i retning af at opnå en grønnere fremtid. Hvad mere er, CSG-metoden kunne være nyttig på mange andre områder. "Den lette CSG-aflejring af nanohybridmaterialer kan være nyttig til applikationer såsom produktion af Li-ion-batterier og biosensorer, " siger prof. Kim. Kun tiden vil vise, hvilke nye anvendelser CSG vil finde.