Een recente studie, verbonden aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea heeft een nieuwe techniek onthuld die een vijf keer hogere opbrengst aan waterstofproductie geeft via de afzetting van zeer poreuze superaerofobe hydrogels op een gewenst elektrodeoppervlak.

Waterdruppels die op lotusbladeren vallen, stuiteren gemakkelijk terug in plaats van dat ze gedeeltelijk op het oppervlak worden vastgemaakt. Dit komt door de onregelmatige verdeling van microbultjes op de bladeren, die de eigenschap heeft water af te stoten. Aanwijzingen nemen van lotusbladeren, er is een techniek ontwikkeld die de efficiëntie van waterstofproductie aanzienlijk verbetert door de elektrode-oppervlakken te verbeteren.

Een onderzoeksteam, gezamenlijk geleid door professor Jungki Ryu en professor Dongwoog Lee van de School of Energy and Chemical Engineering, heeft een nieuwe techniek onthuld die een vijf keer hogere opbrengst aan waterstofproductie geeft via de afzetting van zeer poreuze superaerofobe hydrogels op een gewenst elektrode-oppervlak. Dit heeft veel aandacht getrokken omdat het de efficiëntie van de waterstofproductie aanzienlijk verhoogt zonder dat er nieuwe katalysatoren hoeven te worden ontwikkeld.

Wanneer een koolzuurhoudende drank in een glas wordt gegoten, de CO ₂ gas dat in de drank is opgelost, vormt kleine belletjes die zich aan de binnenkant van het glas hechten. Hoewel deze bubbels er niet toe doen bij het drinken van dranken, ze kunnen veel elektrochemische systemen nadelig beïnvloeden. Inderdaad, in elektrolytische cellen, de bellen gevormd op het oppervlak van elektroden verminderen de efficiëntie van de reactie, wat tot energieverliezen leidt. Daarom, het is belangrijk om de bellen te verwijderen die aan het elektrode-oppervlak kleven.

Om deze problemen aan te pakken, het onderzoeksteam rapporteerde een eenvoudige strategie voor de realisatie van superaerofobe elektroden via de afzetting van hydrogels op een gewenst elektrodeoppervlak. Hydrogel is een veelzijdige klasse van verknoopte polymeren die het vermogen heeft om een ​​grote hoeveelheid water en waterige oplossingen te absorberen en vast te houden. Daarnaast, het afzetten van hydrogels als coatings op vaste oppervlakken kan dienen als een efficiënte verwijdering van gasbellen.

In de studie, het onderzoeksteam heeft de prestaties van de elektroden van gasontwikkelingsreacties gemeten (bijv. HER) op basis van de afzetting van superaerofobe hydrogels op een doeloppervlak. Met behulp van M13 virale hydrogels als modelsysteem, ze ontdekten dat de 3D-poreuze structuur van de virale hydrogel superaerofobiciteit kan geven aan het onderliggende substraat, waardoor gasbellen gemakkelijk worden geëlimineerd. In aanvulling, HAAR-prestaties waren aanzienlijk verbeterd als gevolg van de scheiding van katalytisch actieve en superaerofobe sites.

"Omdat polymeren niet kunnen dienen als katalysatoren die de chemische reactie versnellen en omdat ze geen elektriciteit geleiden, er wordt verwacht dat ze de efficiëntie van waterelektrolyse verlagen, ", zegt professor Ryu. "Hierdoor, het is nooit gebruikt voor elektroden, maar we waren in staat om de tekortkomingen van de elektrolysemethode op te lossen via de afzetting van hydrogels op een gewenst elektrodeoppervlak."

Hun werk heeft de aandacht getrokken van veel onderzoekers, als een nieuwe technologie om bellenafstotende eigenschappen (zogenaamde superaerophobicity) te verlenen via de afzetting van superaerofobe hydrogels op een vast oppervlak. Hoewel onderzoekers hebben geprobeerd om elektroden superaëroob te maken door de microstructuren van vaste oppervlakken te controleren, conventionele benaderingen hebben beperkingen, omdat ze materiaalspecifiek zijn, moeilijk op te schalen, mogelijk nadelig voor de katalytische activiteit en stabiliteit van de elektroden, en onverenigbaar met foto-elektrochemische toepassingen. De nieuwe methode kan worden toegepast op alle vaste materialen, en hebben dus een breed scala aan toepassingen, omdat het alleen de afzetting van hydrogels op een gewenst elektrodeoppervlak vereist. In aanvulling, hun aanpak zou ook met succes kunnen worden toegepast op foto-elektroden vanwege de transparantie van hydrogel; daarentegen, conventionele benaderingen, die afhankelijk zijn van de nano- en microfabricage van elektroden, een lagere transparantie hebben.

"Dit is de eerste studie om bellenafstotende eigenschappen (de zogenaamde superaerophobicity) op het oppervlak van verschillende vaste stoffen te realiseren via de afzetting van hydrogels op een gewenst elektrodeoppervlak, ", zegt professor Lee. "Deze studie kan inzicht geven in een eenvoudige methode voor het ontwerp en de fabricage van efficiënte stroom- en zonne-naar-gasconversie-apparaten."