In de nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift International Journal of Extreme Manufacturing op 1 november 2023 rapporteerden onderzoekers uit Groot-Brittannië en China een nieuwe techniek gebaseerd op een lasergeïnduceerd hydrothermisch reactiemechanisme (LIHR) voor de groei van binaire metaaloxide-nanoarchitectuur en gelaagde dubbele hydroxiden op nikkelschuimen voor elektrokatalytische toepassingen.

Grootschalige elektrochemische productie van waterstof uit watersplitsing vereist de ontwikkeling van elektrokatalysatoren om de kinetische energiebarrières voor waterstofevolutiereactie (HER) en zuurstofevolutiereactie (OER) te overwinnen. De elektrokatalysatoren moeten actief, stabiel en goedkoop zijn.

Van de verschillende kandidaten hebben niet-kostbare katalysatoren op nikkelbasis, met name Ni-Mo-katalysatoren, brede erkenning gekregen voor alkalische HER en gelaagde dubbele hydroxiden (LDH's) op basis van overgangsmetalen (Fe, Co, Ni) voor OER-katalysatoren in alkalische media. .

Deze elektrokatalysatoren worden echter meestal gesynthetiseerd via hydrothermische of solvothermische methoden, waarvoor autoclaven en oplosmiddelen nodig zijn, en zijn ook tijdrovend en vereisen een hoge energie-input.

Om deze uitdagingen aan te gaan, heeft het team, dat pionierde in de lasersynthese van elektrokatalysatoren, deze alternatieve route voor conventionele hydrothermische behandeling verder ontwikkeld door laserbestraling van een substraat ondergedompeld in een vloeistof die metaalzoutvoorlopers bevat.

Wanneer de laserstraalinteractie op het grensvlak tussen de vloeistof (die Ni/Mo of Fe/Ni-voorlopers bevat) en nikkelsubstraat een toestand van hoge temperatuur en hoge druk genereert, die voldoet aan de eis van metaaloxidegroei op het substraat, zal de groei van NiMoO₄ nanosheets of NiFe-gelaagd dubbel hydroxide komen voor op nikkelschuimen via het hydrothermische reactiemechanisme.

De eerste auteur, Dr. Yang Sha, van de Universiteit van Manchester, zei:"Dergelijke nanostructuren geproduceerd door de LIHR vertonen uitstekende katalytische activiteit voor de algehele watersplitsing, en nog belangrijker, met superieure duurzaamheid onder een industriële stroomdichtheid, voor de meerderheid van de bevolking." gerapporteerde katalysatoren en commerciële edelmetaalkatalysatoren. Bovendien verbetert de LIHG de productiesnelheid met meer dan 19 keer, maar verbruikt slechts 27,78% van de totale energie die nodig is bij conventionele hydrothermische methoden om dezelfde productie te bereiken."

Professor Zhu Liu, van de Chinese Academie van Wetenschappen, Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, merkte op:"LIHR werd voor het eerst gerapporteerd in 2013 door Yeo et al. om lokale ZnO-nanodraden te produceren door middel van fotothermische reacties. Deze techniek is snel, veelzijdig en schaalbaar en kosteneffectief, waardoor directe synthese van metaaloxide-nanostructuren mogelijk is."

"Deze techniek is echter nog weinig bestudeerd en de potentiële toepassingen ervan moeten nog worden onderzocht. We hopen dat deze studie een nieuwe route biedt voor de snelle synthese van vrijstaande elektrokatalytische elektroden. We blijven de toepassingen ervan uitbreiden, inclusief de LIHR-groei van nanogestructureerd metaaloxide (ZnO, SnO₂ ) dunne films voor perovskietzonnecellen."

Meer informatie: Yang Sha et al., Op weg naar een nieuwe weg voor snelle synthese van elektrokatalytische elektroden via laser-geïnduceerde hydrothermische reactie voor watersplitsing, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ad038f

Aangeboden door International Journal of Extreme Manufacturing