Forskerhold forbedrer brintudviklingskatalysator gennem trinvis aflejring

For at øge tilgængeligheden af ​​brintdrevne køretøjer og etablere brint som en levedygtig energikilde, er det bydende nødvendigt at reducere omkostningerne ved brintproduktion og derved opnå økonomisk gennemførlighed. For at nå dette mål er det afgørende at maksimere effektiviteten af ​​elektrolyse-brint-udviklingen, den proces, der er ansvarlig for at producere brint fra vand.

For nylig opnåede et team af forskere bestående af professor In Su Lee, forskningsprofessor Soumen Dutta og Byeong Su Gu fra Institut for Kemi ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) en betydelig forbedring i produktionseffektiviteten af ​​brint, en grøn energikilde , gennem udviklingen af ​​en platin nanokatalysator. De opnåede denne bedrift ved at afsætte to forskellige metaller på en trinvis måde.

Resultaterne af deres forskning blev offentliggjort i Angewandte Chemie .

At afsætte forskellige materialer selektivt på specifikke steder på en katalysatoroverflade, hvis størrelse er i nanometerområdet, udgør betydelige udfordringer. Utilsigtede aflejringer kan blokere katalysatorens aktive steder eller interferere med hinandens funktioner. Denne knibe har forhindret samtidig aflejring af nikkel og palladium på et enkelt materiale. Nikkel er ansvarlig for at aktivere vandspaltning, mens palladium letter omdannelsen af ​​brintioner til brintmolekyler.

Forskerholdet udviklede en ny nano-reaktor til fint at kontrollere placeringen af ​​metaller aflejret på en 2D flad nanokrystal. Derudover udtænkte de en nanoskaleret finaflejringsproces, der muliggjorde dækning af forskellige facetter af 2D platin nanokrystallen med forskellige materialer.

Denne nye tilgang førte til udviklingen af ​​"platin-nikkel-palladium" tre-metal hybrid katalysatormateriale opnået gennem på hinanden følgende aflejringer, der selektivt dækker den flade overflade og kanten af ​​2D platin nanokrystallet med henholdsvis palladium og nikkel nano tynde film.

Hybridkatalysatoren indeholdt forskellige nikkel/platin- og palladium/platin-grænseflader, der var placeret for at lette henholdsvis vandspaltning og hydrogenmolekylegenereringsprocesser. Følgelig øgede den fælles forekomst af disse to forskellige processer effektiviteten af ​​elektrolyse-brint-udviklingen betydeligt.

Forskningsresultaterne afslørede, at tre-metal hybrid nanokatalysatoren udviste 7,9 gange stigning i katalytisk aktivitet sammenlignet med den konventionelle platin-carbon katalysator. Desuden udviste den nye katalysator betydelig stabilitet, idet den bibeholdt sin høje katalytiske aktivitet selv efter en forlænget 50-timers reaktionstid. Dette løste problemet med funktionelle interferenser eller kollisioner mellem heterogrænseflader.

Professor In Su Lee, der ledede forskningen, siger:"Vi har med succes udviklet harmoniske heterogrænseflader dannet på et hybridmateriale, der overvinder processens udfordringer." Han tilføjede yderligere:"Jeg håber, at forskningsresultaterne vil finde udbredt anvendelse i udviklingen af ​​katalytiske materialer, der er optimeret til hydrogenreaktioner."

Flere oplysninger: Byeong Su Gu et al., Harmonious Heterointerfaces Formed on 2D-Pt Nanodendrites by Facet-Respective Stepwise Metal Deposition for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202307816

Leveret af Pohang University of Science and Technology