Forskere udvikler hurtig og energibesparende syntesemetode til nye elektrokatalysatorer

Forskere fra det bayerske center for batteriteknologi og forskningsnetværket "SolTech" ved University of Bayreuth har præsenteret en ny produktionsmetode for elektrokatalysatorer:en hurtig lavtemperatursyntese af specielle keramiske materialer (højentropioxider).

Resultaterne fra Chair of Physical Chemistry III og Max Planck Institute for Iron Research i Düsseldorf kan gøre elektrolyse af vand og den tilhørende brintproduktion mere energieffektiv i fremtiden. Resultaterne er nu publiceret i tidsskriftet Advanced Functional Materials .

I øjeblikket anvendes hovedsageligt elektrokatalysatorer baseret på iridium- eller rutheniumoxid, hvilket øger materialeomkostningerne betydeligt og også gør storskalaudvidelse vanskelig med hensyn til materialetilgængelighed. Overgangsmetaloxider med høj entropi bliver mere og mere interessante for disse processer. Disse opnås dog normalt ved høje temperaturer og med lange syntesetider.

"I dette arbejde præsenterer vi for første gang en lavtemperatursyntese af højentropioxider, mere præcist af spineller med et højt jernindhold," rapporterer prof. Dr. Universitetet i Bayreuth. Den nye type syntese i mikroovnen gør det muligt at reducere syntesetiden til minutter (normalt 5-30 minutter i dette tilfælde) og temperaturen til 225°C.

På den ene side er syntesen derfor meget mindre energikrævende, og på den anden side muliggør dette produktion af nanopartikler. Dette er særligt interessant i katalyse, da nanopartikler har et særligt højt overflade-til-volumen-forhold, og de katalytiske reaktioner, der kræves til elektrolyse, finder sted på overfladen.

"I vores arbejde var vi i stand til for første gang at vise, at en lang række forskellige sammensætninger med op til syv forskellige metaller udover jern kan opnås med denne simple lavtemperatursyntese," siger prof. Marschall. Delvis at erstatte jern med kobolt, som er kendt for sin høje aktivitet, muliggjorde en yderligere stigning i katalytisk aktivitet.

"Endelig afhænger katalysatorernes aktivitet i høj grad af sammensætningen - men denne er ikke frit variabel i alle tidligere syntesemetoder. Vores metode er på den anden side meget fleksibel, hvilket muliggør inkorporering af et stort antal elementer i forskellige oxidationstilstande og gør det også muligt at justere sammensætningen og dermed aktiviteten af ​​katalysatorerne," siger prof. Marschall.

Flere oplysninger: Judith Zander et al., Medium- og High-Entropy Spinel Ferrite Nanoparticles via Low-Temperature Synthesis for the Oxygen Evolution Reaction, Avancerede funktionelle materialer (2023). DOI:10.1002/adfm.202310179

Journaloplysninger: Avancerede funktionelle materialer

Leveret af Bayreuth University