De groeiende bezorgdheid over de energiecrisis en de ernst van de milieuvervuiling vragen dringend om de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen als haalbare alternatieven voor het verminderen van fossiele brandstoffen. Door zijn hoge energiedichtheid en milieuvriendelijke eigenschappen, moleculaire waterstof is een aantrekkelijke en veelbelovende energiedrager om aan de toekomstige wereldwijde energievraag te voldoen.

In veel van de benaderingen voor waterstofproductie, de elektrokatalytische waterstofevolutiereactie (HER) uit watersplitsing is de meest economische en effectieve route voor de toekomstige waterstofeconomie. Om de trage HER-kinetiek te versnellen, vooral in alkalische elektrolyten, zeer actieve en duurzame elektrokatalysatoren zijn essentieel om de kinetische HER-overpotentiaal te verlagen. Als een benchmark HER-elektrokatalysator met een HER-overpotentiaal van nul, het edelmetaal platina (Pt) speelt een dominante rol in de huidige H2-productietechnologieën, zoals water-alkali elektrolysers. Helaas, de schaarste en hoge kosten van Pt vormen een ernstige belemmering voor grootschalige toepassingen in elektrokatalytische HER's.

Prof. Xinliang Feng's team van de Technische Universität Dresden (Duitsland)/Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed), in samenwerking met de Universiteit van Lyon, ENS de Lyon, Centre national de la recherche scientifique (CNRS, Frankrijk), de Tohoku University (Japan) en het Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (IKTS) (Duitsland), hebben een goedkope MoNi4-elektrokatalysator gemeld die is verankerd op MoO2-balken, die verticaal zijn uitgelijnd op nikkelschuim (MoNi4/MoO2@Ni).

MoNi4-nanodeeltjes worden in situ op de MoO2-cuboïden geconstrueerd door de diffusie van Ni-atomen naar buiten te regelen. De resulterende MoNi4/MoO2@Ni vertoont een hoge HER-activiteit die in hoge mate vergelijkbaar is met die van de Pt-katalysator en vertoont state-of-the-art HER-activiteit onder alle gerapporteerde Pt-vrije elektrokatalysatoren. Experimenteel onderzoek laat zien dat de MoNi4-elektrokatalysator zich gedraagt ​​als het zeer actieve centrum en een snelle Tafel-stap-bepaalde HER-kinetiek vertoont. Verder, dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) berekeningen bepalen dat de kinetische energiebarrière van de Volmer-stap voor de MoNi4-elektrokatalysator sterk wordt verlaagd. De grootschalige voorbereiding en uitstekende katalytische stabiliteit bieden MoNi4/MoO2@Ni een veelbelovend gebruik in water-alkali-elektrolysers voor de productie van waterstof. Daarom, de verkenning en het begrip van de MoNi4-elektrokatalysator biedt een veelbelovend alternatief voor Pt-katalysatoren voor opkomende toepassingen in energieopwekking.