Een groep onderzoekers heeft onderzocht of datamining de identificatie van goedkope metaaloxide-elektrokatalysatoren zou kunnen versnellen, waardoor de overgang van fossiele brandstoffen in de wereld zou worden versneld.

Details van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science op 7 december 2023.

De afhankelijkheid van de wereld van fossiele brandstoffen heeft wetenschappers ertoe aangezet hernieuwbare energiebronnen te onderzoeken. Elektrochemische conversietechnologieën, zoals het aandrijven van brandstofcellen, waterelektrolyse en metaal-luchtbatterijen, bieden veelbelovende strategieën voor de transitie naar een duurzame energietoekomst. De afhankelijkheid van edelmetalen bij veel elektrokatalytische reacties brengt echter economische en ecologische uitdagingen met zich mee.

Metaaloxiden hebben het potentieel om dit te veranderen vanwege hun stabiliteit en lagere kosten dan edelmetalen, vooral onder alkalische elektrokatalytische omstandigheden. Toch vergt de zoektocht naar deze metaaloxiden veel hulpbronnen, waarbij wetenschappers vertrouwen op het proces van vallen en opstaan.

"Nu datamining een haalbare oplossing voor dit probleem is, hebben we de kansen en uitdagingen van het toepassen van deze strategie voor het vinden van metaaloxiden onderzocht", zegt Hao Li, universitair hoofddocent aan het Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) van Tohoku University. corresponderende auteur van het artikel.

Om dit te doen heeft Li, samen met zijn collega's, gebruik gemaakt van de uitgebreide gegevens die beschikbaar zijn in de Materials Project-database, waarbij 68 veelbelovende stabiele metaaloxide-elektrokatalysatoren onder specifieke omstandigheden werden geïdentificeerd.

Ze merkten op dat de database Sb₂ promootte WO₆ als een stabiel metaaloxide in zuur. Dit is gebaseerd op het waterige stabiliteitsdiagram:een grafische weergave die de thermodynamische stabiliteit van verschillende chemische soorten in een waterige oplossing illustreert als functie van de pH en het elektrische potentieel. Volgens het diagram Sb₂ WO₆ is stabiel onder de zuurstofreductiereactie (ORR) in zure media, maar tamelijk onstabiel onder ORR-omstandigheden met hoge pH. De onderzoekers ontdekten echter dat dit in tegenspraak was met latere experimentele waarnemingen in alkalische ORR-omstandigheden.

Verdere karakteriseringen na de katalyse, elektrochemische analyses van de oppervlaktetoestand en pH-veldgekoppelde microkinetische modellering onthulden dat de Sb₂ WO₆ oppervlak ondergaat elektrochemische passivatie onder ORR-potentialen en vormt een stabiel en 4e-ORR actief oppervlak.

Over het geheel genomen geven de bevindingen van het onderzoek aan dat datamining weliswaar veelbelovend is, maar dat verdere verfijning nodig is voor brede adoptie. "Er moet een verfijnde strategie worden ontwikkeld die rekening houdt met de door elektrochemie geïnduceerde stabiliteit en activiteit van het oppervlak", benadrukte Li.

In de toekomst hopen de onderzoekers andere elektrokatalysatoren te onderzoeken voor de zuurstofevolutiereactie en waterstofevolutiereactie door datamining, analyse van de oppervlaktetoestand en activiteitsanalyse te combineren.

Meer informatie: Xue Jia et al., Stabiele elektrokatalysatoren identificeren die zijn geïnitialiseerd door datamining:Sb2WO6 voor zuurstofreductie, Geavanceerde wetenschap (2023). DOI:10.1002/advs.202305630

Journaalinformatie: Geavanceerde wetenschap

Aangeboden door Tohoku Universiteit