Naarmate de vraag naar duurzamere en efficiëntere energieopwekking groeit, vallen elektrochemische energieconversietechnologieën die afhankelijk zijn van elektrokatalyse op als veelbelovende alternatieven. Er wordt onderzoek gedaan naar het beste type elektrokatalysator.

Tweedimensionale elektrokatalysatoren op basis van edelmetalen zijn kosteneffectief en toegankelijk, maar hebben aanzienlijke nadelen, waaronder een zwakke interactie tussen de atomen in de legering, wat leidt tot instabiliteit en verminderde activiteit.

Het toevoegen van intermetallische verbindingen (IMC's) aan de legering verbetert echter de interactie tussen de verschillende elementen en heeft extra voordelen. Onderzoek gepubliceerd in Energy Materials and Devices bespreekt huidig ​​onderzoek naar de ontwikkeling van op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's en hun voordelen.

"Tot nu toe ontbreekt een alomvattend overzicht van de synthese van op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's en hun potentiële toepassingen in elektrokatalyse. Dit overzicht vult deze leemte op door een uitgebreid overzicht te geven van de synthesemethoden voor op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's, inclusief de CO-ondersteunde en halogenide-ionmodulatiemethoden. De review gaat ook in op de huidige uitdagingen bij de synthese en elektrokatalytische toepassing van op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's", zegt Fukai Feng, professor aan de University of Science and Technology Beijing in Beijing, China. /P>

In het artikel kijken onderzoekers eerst naar de verschillende processen voor het synthetiseren van 2D-edelmetaalgebaseerde IMC's, waaronder de CO-ondersteunde en halogenide-ionmodulatiemethoden. Vervolgens vatten ze hun toepassingen in de elektrokatalyse samen.

Er zijn bepaalde gunstige eigenschappen van elektrokatalysatoren die kunnen worden bereikt tijdens het syntheseproces, waaronder symmetriereductie. Dit is wenselijk omdat het verminderen van de symmetrie van een katalysator de elektrokatalytische activiteit verbetert.

De in dit artikel geanalyseerde synthesemethoden omvatten de CO-ondersteunde methode en een halogenide-ionmodulatiemethode. Beide methoden hebben hun voordelen, afhankelijk van het gewenste type 2D-edelmetaalgebaseerde IMC.

Na het analyseren van de synthesemethoden keken onderzoekers naar de verschillende real-world toepassingen van 2D-edelmetaalgebaseerde IMC's in elektrokatalyse.

"De unieke eigenschappen van op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's, waaronder anisotropie (niet-uniformiteit), talrijke actieve locaties, onverzadigde coördinatie van atomen op het oppervlak en efficiëntie van elektronenoverdracht, dragen bij aan hun uitstekende katalytische eigenschappen", aldus Feng. P>

Een voorbeeld van een real-world toepassing van een 2D-edelmetaalgebaseerde IMC is in een directe ethanolbrandstofcel. Deze schone energiebron is interessant omdat deze hernieuwbaar is, gemakkelijk op te slaan en te transporteren is en een hoge energiedichtheid heeft. Katalysatoren die worden gebruikt in directe ethanolbrandstofcellen hebben de neiging meer giftige tussenproducten te absorberen. De op 2D-edelmetalen gebaseerde IMC's remmen deze absorptie echter.

Onderzoekers merkten op dat er gebieden zijn waar minder onderzoek is gedaan, zoals naar het gebruik van 2D-edelmetaalgebaseerde IMC's voor het elektrochemische proces dat plaatsvindt aan de kathode tijdens de elektrochemische watersplitsing voor waterstofontwikkeling.

Vooruitkijkend hopen onderzoekers dat verschillende uitdagingen van 2D-edelmetaal-gebaseerde IMC-elektrokatalysatoren worden aangepakt, waaronder het synthetiseren van de 2D-edelmetaal-gebaseerde IMC's en de metalen die voor dit proces worden gebruikt. Dit is een uitdagend proces vanwege hun inherente anisotropie en hoge oppervlakte-energie.

Een andere uitdaging tijdens het syntheseproces zijn de bijproducten van oppervlakteactieve stoffen die na de synthese achterblijven en die de effectiviteit van de katalysatoren verminderen. Hoewel een methode genaamd thermisch gloeien de behoefte aan oppervlakteactieve stoffen kan wegnemen, brengt dit proces zijn eigen uitdagingen met zich mee.

Onderzoekers zouden graag nieuwe methoden zien voor het synthetiseren van de 2D-edelmetaal-gebaseerde IMC's met thermisch uitgloeien. Ten slotte zouden onderzoekers graag zien dat 3D-structuren worden opgebouwd uit de 2D-edelmetaalgebaseerde IMC's om de stabiliteit op lange termijn van de katalysatoren te verbeteren en dat bredere toepassingen van deze technologie worden onderzocht.

Andere bijdragen zijn onder meer Sumei Han en Qipeng Lu van de School of Materials Science and Engineering van de University of Science and Technology Beijing en Qinbai Yun van het Department of Chemical and Biological Engineering &Energy Institute van de Hong Kong University of Science and Technology.

Meer informatie: Fukai Feng et al., Tweedimensionale intermetallische materialen op basis van edelmetalen voor elektrokatalyse, Energiematerialen en -apparaten (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008

Aangeboden door Tsinghua University Press