Sandwichkatalysatorer giver højere aktivitet og holdbarhed

Sandwichen er en mad sammensat af 1700-tallets adelige for at spille kortspil uafbrudt. Kød eller grøntsager blev lagt i lag og derefter gemt mellem brød for at blive spist hurtigt, mens de var involveret i spillet. Denne effektive mad leverede også rigelige kalorier og ernæring. Et POSTECH-forskerhold har opdaget, at lagdeling som sandwichen er en fremragende måde at opnå brintenergi på, en alternativ energikilde til fossile brændstoffer.

Forskerholdet ledet af professor In Su Lee, SunWoo Jang, en studerende på MS/Ph.D. integreret program, og Dr. Soumen Dutta fra Institut for Kemi på POSTECH har sammen udviklet en sandwichstruktureret katalysator, der effektivt kan generere brintenergi ved at aktivere vandelektrolyse. Forskningsresultaterne blev for nylig offentliggjort i American Chemical Societys internationale tidsskrift ACS Nano .

Brintbrændselsceller er miljøvenlige strømgenererende enheder, der genererer elektricitet ved hjælp af kemiske reaktioner, der producerer vand (H ₂ O) fra oxygen (O ₂ ) og hydrogen (H ₂ ). Med den nylige udgivelse af brintdrevne køretøjer og udbredelsen af ​​brintbrændselsceller i husholdninger, brint ses bredt som næste generations energikilde til at erstatte fossile brændstoffer. Den måde, hvorpå vand nedbrydes, og brint produceres ved hjælp af overskudsstrøm fra sol- eller vindkraft, anses for at være den nemmeste og mest miljøvenlige måde at producere højrent brintbrændstof i store mængder. Imidlertid, denne metode har den ulempe, at den er lav i produktionseffektivitet og høj i omkostninger. For at sænke enhedsprisen på brintbrændstof produceret gennem vandelektrolyse, det er nødvendigt at udvikle meget aktive og stabile elektrokemiske katalysatorer, der kan maksimere effektiviteten af ​​brintgenerering.

Platin (Pt) er blevet betragtet som den bedst egnede katalysator til hydrogenproducerende reaktioner, men dens lave affinitet for vandmolekyler og den resulterende langsomme vandelektrolysehastighed gør det vanskeligt at anvende til kommercielle processer, der finder sted under alkaliske elektrolytbetingelser. For at kompensere for disse begrænsninger, der er gjort mange forsøg på at kombinere metalsulfid med platinnanopartikler, der fremmer vandelektrolyse, men den ustabile natur af platin/metallisk-sulfid-overflader udgør en anden svaghed, der væsentligt reducerer holdbarheden af ​​katalysatorer.

Som svar, forskerholdet designede en todimensionel form for platin/metal-hydroxid-grænseflade for at forbedre effektiviteten og holdbarheden af ​​katalysatorer på samme tid. I en original teknik til at dyrke et platinlag på omkring 1 nm på overfladen af ​​nikkel/jern-dobbelthydroxid (LDH), som er flere nanometer tyk, 2-D-2-D nanohybrid materialer i form af sandwich indeholdende 2-D-nikkel/jern-hydroxid-nano plader er blevet syntetiseret med succes.

Den syntetiserede sandwich-katalysator har en synergistisk katalytisk effekt mellem metalhydroxid og platin, som er i tæt kontakt på tværs af en bred 2-D-2-D grænseflade. På dette tidspunkt, det viser mere end 6 gange aktiviteten af ​​det konventionelle katalytiske materiale (20%-Pt/C), og opretholder en stabil katalytisk funktion uden at reducere aktiviteten selv i den hydrogenproducerende vandelektrolyse i mere end 50 timer.

"Sandwichkatalysatorer har den højeste hydrogenproducerende alkaliopløsning blandt stoffer, der ikke bruger kulstofbærere, men er betydeligt mere holdbare end tilsvarende elektrokemiske katalysatorer, der er stabile i kun tre til fem timer, " sagde professor In Su Lee, der ledede forskningen. "Vi forventer, at de vil blive anvendt til at udvikle en omkostningseffektiv proces til brintproduktion."