Wetenschap
Team beschrijft MXene-ondersteunde PtCo-bimetaalkatalysator voor waterstofontwikkeling in zure omstandigheden
Waterstofenergie wordt beschouwd als een veelbelovende oplossing met een hoge energiedichtheid en geen uitstoot van vervuilende stoffen. Momenteel wordt waterstof voornamelijk gewonnen uit fossiele brandstoffen, waardoor het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen toenemen, waardoor de inspanningen om de doelstellingen voor koolstofneutraliteit te bereiken worden belemmerd.
Elektrochemische watersplitsing met behulp van hernieuwbare energie is een ecologisch duurzame methode voor de productie van waterstof. Om de efficiëntie van de waterstofproductie te verbeteren en het energieverbruik te verminderen, is het noodzakelijk om efficiënte katalysatoren voor de waterstofevolutiereactie (HER) te vinden.
Metalen uit de platinagroep (Pt) worden vaak gebruikt als HER-katalysatoren vanwege hun uitstekende natuurlijke activiteit. De schaarste en de hoge kosten van deze hulpbronnen zorgen er echter voor dat de wijdverbreide toepassing ervan wordt beperkt. Het verhogen van het gebruik van metaalatomen om laagladende Pt-katalysatoren te ontwikkelen is cruciaal. Onlangs zijn ondersteunde katalysatoren beschouwd als een effectieve aanpak om de hoeveelheid edelmetaalbelasting te minimaliseren en hun uitstekende activiteit te behouden.
MXene-materialen – met hun gelaagde nanostructuur, hoge geleidbaarheid, goede hydrofiliciteit en rijke chemische oppervlakte-eigenschappen – hebben brede toepassingen gevonden in de katalyse.
Een onderzoeksgroep bestaande uit Kai-Ling Zhou, Yang Yang, Yuhong Jin en Hao Wang van de Beijing University of Technology en Institute of Deep-Sea Science and Engineering, Chinese Academy of Sciences, heeft kleine en sterk verspreide PtCo-bimetaalkatalysatoren vervaardigd op MXene (PtCo/MXene) met behulp van een stapsgewijze reductieaanpak. Ze hebben de HER-elektrokatalytische activiteit van PtCo/MXeen in een zuur medium bestudeerd.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Energy .
Het team ontdekte dat de introductie van Co-soorten de elektronische structuur van de actieve site veranderde en de katalytische prestaties van Pt-edelmetaal in HER bevorderde. De PtCo/MXene-katalysator vertoont een superieure HER-activiteit met een lage overpotentiaal van 60 en 152 mV bij stroomdichtheden van −10 en −100 mA/cm 2 respectievelijk, en uitstekende werkduurzaamheid in de 0,5 mol/L H2 SO4 gemiddeld.
De PtCo/MXene-katalysator bezit een aanzienlijk specifiek oppervlak en een minimale impedantie voor ladingsoverdracht. Uit de DFT-berekening blijkt dat PtCo-bimetaal de desorptie van H* en het HER-proces in een zuur medium kan bevorderen.
Dit werk biedt een waardevol perspectief om edele metalen met een lage belasting op MXene te introduceren en de activiteit en stabiliteit ervan te garanderen.