Een recente studie, aangesloten bij UNIST heeft edele katalysatoren voor waterelektrolyse gepresenteerd, die tegelijkertijd waterstof en zuurstof kunnen genereren. Volgens het onderzoeksteam van de tot nu toe gerapporteerde katalysatoren, deze zijn het meest stabiel, makkelijk te maken, betaalbaar en hebben uitstekende prestaties.

In dit onderzoek, Professor Hyeong-seong Park, samen met professor Gun Tae Kim, en professor Sang-kyu Kwak van de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST introduceerden een heterostructuur bestaande uit perovskietoxiden (La _0,5 sr _0,5 CoO _3-δ , LSC) en molybdeendiselenide (MoSe ₂ ) als elektrochemische katalysator voor algehele waterelektrolyse. De nieuwe katalysatoren zijn eenvoudig te synthetiseren en kunnen in massa worden geproduceerd, aldus het onderzoeksteam.

Waterelektrolysetechnologieën worden beschouwd als de meest milieuvriendelijke en efficiënte manier voor duurzame waterstofopwekking. Dit is een gevestigde technologie die is gebruikt voor de ontleding van water in zuurstof en waterstof door het passeren van een elektrische stroom. Momenteel, er is een katalysator nodig om de waterontledingsreactie te ondersteunen. Eerdere studies hebben gemeld dat katalysatoren op basis van edelmetalen, zoals platina (Pt) of iridium (Ir) vertonen uitstekende katalytische prestaties. Echter, de commercialisering van katalysatoren op basis van edelmetalen is moeilijk vanwege de hoge kosten en de lage stabiliteit.

In dit onderzoek, het onderzoeksteam rapporteert over een eenvoudige methode (kogelfreestechniek) voor de synthese van een heterostructuurkatalysator waarbij perovskietoxiden (LSC) en molybdeendiselenide (MoSe ₂ ) worden in een container geplaatst, vervolgens gerold met stalen metalen. De nieuwe katalysator vertoont prestaties die dicht in de buurt komen van die van katalysatoren op basis van edelmetalen voor zowel waterstof- als zuurstofopwekking. Wat het onderscheidt van andere op edelmetaal gebaseerde katalysatoren, is dat de nieuwe katalysator aan beide zijden uitstekende katalytische prestaties vertoont.

Vooral, de voorgestelde katalysator vertoonde een uitstekende algehele stabiliteit van de waterelektrolyse gedurende 1000 uur bij een hoge stroomdichtheid van 100 mA cm ^–2 . Eerder gemelde katalysatoren hebben last van elektrodeschade, zelfs bij de stroomdichtheid van 50 mA.

"Overgangsmetaaldichalocogeniden (TMD's) zouden een uitstekende stabiliteit vertonen, er waren dus enkele onderzoeken geweest, het gebruik van TMD's als katalysatoren voor waterelektrolyse. Echter, het was moeilijk om de microgeleidende eigenschappen van TMD's te veranderen in de eigenschappen van metalen waar elektrische stroom vrijelijk kan stromen, " zegt Nam Khen Oh in het doctoraatsprogramma Energie en Chemische Technologie aan UNIST, de eerste auteur van de studie. "In dit onderzoek, sommige van de TMD's werden tijdens de synthese van de twee materialen omgezet in metaaleigenschappen, die de prestaties en stabiliteit van de katalysator aanzienlijk verbeterden."

Het unieke halfgeleider-metaal structurele faseovergangsion in de heterostructuur van LSC en MoSe ₂ is voor het eerst ontdekt in dit werk, zijn dus experimenteel en theoretisch geïdentificeerd. Terwijl elektronen van LSC naar MoSe . gaan ₂ , sommige structuren van TMD's veranderen, dan wordt de eigenschap halfgeleidend gewijzigd in de eigenschap metaal.

"Het faseovergangsfenomeen dat gedeeltelijk verschijnt als elektronen bewegen tussen het overgangsmetaal chalcogenide en het perovskietoxide zal een nieuw perspectief bieden op de overgangsmetaal chalcogenide faseovergang, ", zegt professor Park. "We verwachten dat het voorgestelde katalysatorontwerp kan worden gecombineerd met verschillende verbindingen, zodat het potentieel onbeperkt is."

Hun bevindingen zullen een nieuw inzicht geven in het onderzoek naar de katalysator van elektrolytische oplossingen, die is gericht op op metaal gebaseerde katalysatoren. "Onlangs, de meeste alkalische hydrothermische technieken zijn gericht op de ontwikkeling van op metaal gebaseerde waterstofproductiereactiekatalysatoren, ", zegt Changmin Kim in de gecombineerde MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering aan UNIST, de eerste co-auteur van deze studie. "Als de katalysator voor de reactie van zuurstofgeneratie, die de ruggengraat van de waterontledingsreactie heeft gevangen, is uitgekomen met een nieuwe katalysator met hoge prestaties, gerelateerde technologie zal zich verder ontwikkelen."

"Het commercialiseren van de hydrobehandelingskatalysatoren vereist een eenvoudige synthese, bulken, reproduceerbaarheid, goedkoop, hoge performantie, en hoge stabiliteit, ", zegt professor Kim. "Onze nieuwe katalysatoren zullen naar verwachting aan die eisen voldoen."