Om de toegankelijkheid van voertuigen op waterstof te verbeteren en waterstof tot een levensvatbare energiebron te maken, is het absoluut noodzakelijk om de kosten van de waterstofproductie te verlagen en daarmee economische haalbaarheid te bereiken. Om dit doel te bereiken is het maximaliseren van de efficiëntie van de elektrolyse-waterstofevolutie, het proces dat verantwoordelijk is voor de productie van waterstof uit water, van cruciaal belang.

Onlangs heeft een team van onderzoekers, bestaande uit professor In Su Lee, onderzoeksprofessor Soumen Dutta en Byeong Su Gu van de afdeling scheikunde van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH), een aanzienlijke verbetering bereikt in de productie-efficiëntie van waterstof, een groene energiebron. , door de ontwikkeling van een platina nanokatalysator. Ze bereikten deze prestatie door twee verschillende metalen stapsgewijs af te zetten.

De bevindingen van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Angewandte Chemie .

Het selectief afzetten van verschillende materialen op specifieke locaties van een katalysatoroppervlak, waarvan de grootte in het nanometerbereik ligt, brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Onbedoelde afzettingen kunnen de actieve plaatsen van de katalysator blokkeren of elkaars functies verstoren. Deze hachelijke situatie heeft de gelijktijdige afzetting van nikkel en palladium op één enkel materiaal verhinderd. Nikkel is verantwoordelijk voor het activeren van de watersplitsing, terwijl palladium de omzetting van waterstofionen in waterstofmoleculen vergemakkelijkt.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een nieuwe nanoreactor om de locatie van metalen die op een 2D vlak nanokristal zijn afgezet nauwkeurig te controleren. Daarnaast hebben ze een fijn depositieproces op nanoschaal bedacht, waardoor verschillende facetten van het 2D platina nanokristal met verschillende materialen kunnen worden bedekt.

Deze nieuwe aanpak leidde tot de ontwikkeling van een driemetaal-hybride katalysatormateriaal "platina-nikkel-palladium", bereikt door opeenvolgende afzettingen die selectief het vlakke oppervlak en de rand van het 2D platina-nanokristal bedekken met respectievelijk dunne palladium- en nikkel-nano-films. P>

De hybride katalysator had verschillende nikkel/platina- en palladium/platina-grensvlakken die gepositioneerd waren om respectievelijk de watersplitsing en de waterstofmolecuulgeneratieprocessen te vergemakkelijken. Bijgevolg heeft het gezamenlijke optreden van deze twee verschillende processen de effectiviteit van de elektrolyse-waterstofevolutie aanzienlijk vergroot.

Uit de onderzoeksresultaten bleek dat de driemetaal-hybride nanokatalysator een 7,9-voudige toename in katalytische activiteit vertoonde vergeleken met de conventionele platina-koolstofkatalysator. Bovendien vertoonde de nieuwe katalysator aanzienlijke stabiliteit, waarbij zijn hoge katalytische activiteit behouden bleef, zelfs na een verlengde reactietijd van 50 uur. Dit loste het probleem van functionele interferenties of botsingen tussen heterointerfaces op.

Professor In Su Lee, die het onderzoek leidde, zegt:"We hebben met succes harmonieuze heterointerfaces ontwikkeld op een hybride materiaal, waarmee we de uitdagingen van het proces hebben overwonnen." Hij voegde er verder aan toe:"Ik hoop dat de onderzoeksresultaten wijdverspreide toepassing zullen vinden bij de ontwikkeling van katalytische materialen die zijn geoptimaliseerd voor waterstofreacties."

Meer informatie: Byeong Su Gu et al., Harmonieuze heterointerfaces gevormd op 2D-Pt nanodendrieten door facet-respectievelijke stapsgewijze metaalafzetting voor verbeterde waterstofevolutiereactie, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202307816

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie