Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Wang Junqiang van het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft een combinatorische high-throughput-strategie ontwikkeld om superieure katalysatoren te screenen voor waterstofevolutiereactie (HER). Het onderzoekswerk is gepubliceerd in ACS Catalysis .

Dankzij de uitstekende eigenschappen van lage kosten, hoge katalytische activiteit en goede duurzaamheid, hebben katalysatoren op basis van meerdere niet-edele metalen, zoals nikkel (Ni) en kobalt (Co) legeringen, wereldwijd steeds meer aandacht getrokken in het onderzoeksdomein van HER of zuurstof evolutie reactie (OER). Vanwege de enorme samenstellingsruimte van legeringen met meerdere componenten, die veel werk vereist bij de fabricage van katalysatoren en prestatietests, blijft het een uitdaging om de optimale katalysator voor HER zowel rekenkundig als experimenteel te identificeren.

Op basis van eerdere studies selecteerden onderzoekers van NIMTE de niet-edele elementen Ni en Co als de dominante legeringscomponenten met titanium (Ti) als het extra legeringselement, waardoor de waterstofevolutie werd aangepast. Door middel van magnetron co-sputteren afzetting, hebben onderzoekers de ternaire Ni-Co-Ti filmbibliotheek gesynthetiseerd.

De onderzoekers stelden de high-throughput bubble screening-methode voor om de superieure multicomponent-legeringen te identificeren die worden gebruikt als de hoogwaardige HER-katalysatoren. De algehele screening-efficiëntie is meer dan 10.000 keer verbeterd in vergelijking met de traditionele tijdrovende en arbeidsintensieve trial-and-error-methoden.

Bovendien werd de parallelle elektrochemische analyse uitgevoerd, wat aangeeft dat van het brede-fasediagram met 39% 56.5 Co₃₅ Ti_8.5 legering bezit de optimale katalytische prestaties.

Bovendien onderzochten ze het onderliggende mechanisme en ontdekten dat de lage atomaire pakkingsdichtheid en lage elektronenbindingsenergie bijdragen aan de hoge katalytische activiteit in HER.

De combinatorische high-throughput-strategie die in deze studie werd voorgesteld, toonde een groot potentieel om te worden uitgebreid naar de katalysatorverkenning in legeringssystemen met een hogere samenstelling en zelfs voor OER's. + Verder verkennen

Verbeterde brandstofcelprestaties met behulp van halfgeleiderproductietechnologie