Wetenschap
Geometrie-adaptieve elektrokatalyse:de voorgestelde aanpak zou de efficiëntie van energieconversietechnologieën kunnen verdubbelen
Terwijl de wereld op zoek is naar duurzame oplossingen om aan de escalerende energievraag te voldoen, heeft een samenwerkend team van onderzoekers van de universiteiten van Tartu en Kopenhagen een innovatieve aanpak voorgesteld om al lang bestaande beperkingen in de zuurstofelektrokatalyse te overwinnen.
Bij zuurstofelektrokatalyse zijn reacties betrokken, zoals zuurstofontwikkeling en reductiereactie, die cruciaal zijn in verschillende elektrochemische energieconversie- en opslagsystemen zoals watersplitsing, brandstofcellen en metaal-luchtbatterijen. Deze reacties omvatten het verbreken en vormen van meerdere chemische bindingen, die doorgaans hoge activeringsenergieën hebben.
Dit maakt het moeilijk om katalysatoren te vinden die deze energiebarrières effectief kunnen verlagen en de reacties kunnen vergemakkelijken. Om deze beperkingen te overwinnen en de transitie naar een waterstofeconomie te versnellen, is een nieuw paradigma voor het ontwerpen van katalysatoren nodig. Ondanks theoretische beperkingen heeft het onderzoeksteam een praktische methode ontdekt om de beperkingen te overstijgen.
In een recent artikel gepubliceerd in ACS Catalysis Science and Technology introduceert het onderzoeksteam een innovatief concept van geometrie-adaptieve elektrokatalyse. Deze aanpak maakt gebruik van katalysatoren die tijdens een reactie hun geometrie dynamisch aanpassen, waardoor de theoretische beperkingen worden omzeild die de vooruitgang op het gebied van zuurstofelektrokatalyse al tientallen jaren belemmeren.
"Dit concept heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen op het gebied van zuurstofelektrokatalyse", zegt Ritums Cepitis, de hoofdauteur van de studie, een vierdejaars Ph.D. student aan KongiLab aan het Instituut voor Chemie. "Ons model laat zien dat ideale katalyse binnen handbereik ligt, en in praktische termen zou het mogelijk de efficiëntie van energieconversie- en opslagtechnologieën kunnen verdubbelen", voegt Dr. V. Ivaništšev toe, die het idee samen met prof. J. Rossmeisl ontwikkelde tijdens een fellowship aan de Universiteit van Kopenhagen.
"Nu is onze groep klaar om deze aanpak in praktijk te brengen. Het laboratoriumwerk zal nog meer creativiteit vergen dan de modelleringsfase, maar we zien al veelbelovende vorderingen", zegt universitair hoofddocent Nadežda Kongi, leider van de onderzoeksgroep Anorganic Functional Materials. (KongiLab) aan de Universiteit van Tartu.