Als de schoonste hernieuwbare energie, waterstofenergie heeft in recent onderzoek speciale aandacht gekregen. Maar de commercialisering van traditionele brandstofcellen met protonenuitwisselingsmembraan (PEMFC's), die waterstof verbruiken en elektriciteit produceren, is ernstig beperkt vanwege de chemische reactie van de kathode van PEMFC's die grotendeels afhankelijk is van dure op platina gebaseerde katalysatoren.

Een oplossing is om de zure elektrolyt van PEMFC's te veranderen in alkalisch. Dergelijke brandstofcellen worden anionenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen (AEMFC's) genoemd, en ze maken het gebruik van goedkopere metalen elementen zoals Co, Ni of Mn om elektrokatalysatoren te ontwerpen.

Het onderzoeksteam onder leiding van prof. Gao Minrui van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) volgde deze oplossing en ontwikkelde een praktische en schaalbare manier om een ​​nieuwe Ni-W-Cu-legering te vervaardigen, Ni _5.2 WCu _2.2 , als de kathode voor AEMFC's. Het resultaat is gepubliceerd op Natuurcommunicatie .

Het team kweekte eerst Cu(OH) ₂ nanodraden van een driedimensionaal schuimkoperskelet door anodische oxidatie. De verkregen nanodraden werden vervolgens ondergedompeld in een oplossing die Ni- en W-elementen bevatte. Na hydrothermische synthese en gloeien, de Ni-W-Cu-legering werd geproduceerd.

de ternaire Ni _5.2 WCu _2.2 legering kan de oxidatie van waterstof in alkalisch medium katalyseren, 4,31 keer efficiënter dan de standaard platina / koolstofanode.

Het heeft een oxidatiepotentieel van wel 0,3 V in vergelijking met de omkeerbare waterstofelektrode en kan tot 20 uur een hoge activiteit behouden onder dergelijke overpotentiaal, anoden op basis van metalen buiten de platinagroep.

De legeringskatalysator vertoonde ook een uitstekende weerstand tegen CO-vergiftiging, en behield een hoge activiteit in 20000 ppm CO/H ₂ gemengde sfeer.

Analyse toonde aan dat de geprojecteerde toestandsdichtheid van Ni _5.2 WCu _2.2 legering ligt in het laagste Fermi-niveau, wat aangeeft dat de legering de optimale waterstofbindingsenergie heeft. Het legeringseffect met meerdere elementen maakt van de op Ni gebaseerde legering een katalysator met hoge activiteit en biedt weerstand tegen oxidatie.

Dit werk werpt licht op de verdere verkenning van legeringen met meerdere elementen die zijn samengesteld uit goedkope metalen, waardoor de ontwikkeling van efficiëntere waterstofoxidatiekatalysatoren voor AEMFC-anoden wordt bevorderd.