Onlangs, de groep van professor Guo Shaojun in College of Engineering aan de Universiteit van Peking ontwikkelde een nieuw type sub-nanometer, sterk gebogen PdMo nanosheet - vanwege de structurele analogie met grafeen, het werd aangeduid als PdMo bimetalleen, en toonde buitengewone elektrokatalytische prestaties ten opzichte van de zuurstofreductiereactie (ORR) in een alkalische omgeving. Bij gebruik als kathode-elektrokatalysatoren, de PdMo-nanosheets maken veel verbeterde verwissel-/ontlaadprestaties mogelijk in Zn-lucht- en Li-air-batterijen. Dit werk is gepubliceerd in Natuur op 26 sept. 2019.

Fossiele brandstoffen hebben geleid tot ernstige uitdagingen op het gebied van milieuvervuiling en klimaatverandering, roept daarom dringend op tot de ontwikkeling van hernieuwbare schone energietechnologieën die een duurzaam energiesysteem mogelijk maken. De opslag en het daaropvolgende gebruik van hernieuwbare maar intermitterende energiebronnen, bijv. zonne, wind enz., vereist een elektrochemisch apparaat dat de onderlinge omzetting van elektriciteit en chemicaliën op een efficiënte manier mogelijk maakt. Van cruciaal belang voor de operationele efficiëntie van het apparaat ligt op de elektrode-elektrolyt-interface, waarin de gewenste elektrochemische reacties plaatsvinden zoals aangedreven door een geschikte elektrokatalysator. Momenteel, het ontbreken van een goed presterende elektrokatalysator vormt een knelpunt voor de penetratie van hernieuwbare energie.

Een van de grootste uitdagingen op dit gebied is de ongunstige kinetiek van de ORR, en op platinagroepmetalen (PGM's) gebaseerde elektrokatalysatoren zijn vaak nodig om de activiteit en duurzaamheid te verbeteren. In het afgelopen decennium, de ORR-dynamiek in zure omgevingen op op platina gebaseerde katalysatoren is drastisch verbeterd door de afstemming van legering, oppervlaktespanning, en geoptimaliseerde coördinatieomgevingen. Hoe dan ook, het verbeteren van de activiteit van deze reactie in alkalische media blijft een uitdaging vanwege de moeilijkheid om geoptimaliseerde zuurstofbindingssterkte op PGM's te bereiken in de aanwezigheid van hydroxide.

In dit onderzoek, Van PdMo-bimetalleen is aangetoond dat het een efficiënte en stabiele elektrokatalysator is voor de ORR en de OER in alkalische elektrolyten, en veelbelovende kathodische elektroden in Zn-lucht- en Li-air-batterijen. De ultradunne eigenschap van PdMo-bimetalleen zorgt voor een indrukwekkend elektrochemisch actief oppervlak (138,7 m ² /gPd) en een massaactiviteit naar de ORR van 16,37 A/mgPd bij 0,9 volt versus RHE in alkalische elektrolyten. Deze massaactiviteit is 78 keer en 327 keer hoger dan die van commerciële Pt/C- en Pd/C-katalysatoren, respectievelijk, samen met verwaarloosbaar verval na 30, 000 versneld fietsen. Dichtheidsfunctionaaltheorieberekeningen tonen aan dat een geoptimaliseerde zuurstofbindingsenergie werd bereikt op PdMo-bimetalleen vanwege een combinatie van legeringseffect, spanningseffect en het kwantumgrootte-effect. Het is de bedoeling dat de metalleenmaterialen veelbelovend zullen zijn in energie-elektrokatalyse.