• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    En låg kostnad, högpresterande multinär intermetallisk förening som en aktiv elektrokatalysator för väteproduktion

    Upphovsman:CC0 Public Domain

    Att utnyttja väte som en ren energikälla för framtiden, forskare har strävat efter att utveckla nya processer för att producera väte effektivt och kostnadseffektivt. Ett team bestående av forskare som specialiserat sig på strukturmaterial vid City University of Hong Kong (CityU) har utvecklat en högpresterande elektrokatalysator baserad på ett innovativt koncept ursprungligen för att utveckla legeringar. Den nya elektrokatalysatorn kan tillverkas i stor skala och till låg kostnad, ger ett nytt paradigm för den breda tillämpningen av väteproduktion genom elektrokemisk reaktion i framtiden.

    Forskningen leds av professor Lu Jian, CityUs vice president (forskning och teknik) och ordförande i maskinteknik, och professor Liu Chain-tsuan, högskoleprofessor vid tekniska högskolan. Resultaten publicerades i Avancerade material med titeln "A Novel Multinary Intermetallic as a Active Electrocatalyst for Hydrogen Evolution."

    När det konsumeras i en bränslecell, väte producerar bara vatten utan att koldioxid genereras. Därför, Det anses allmänt som en idealisk ren källa för att hantera problemen med växthusgaser och energibrist. Jämfört med andra metoder för väteproduktion, elektrokemisk vattenspridning är en relativt miljövänlig process med stor potential för industriella tillämpningar. Dock, de flesta nuvarande elektrokatalysatorer är ädelmetallbaserade, såsom platina och palladium. Deras höga kostnader och knapphet hindrar starkt utvecklingen och tillämpningen av denna väteproduktionsmetod.

    Tidigare, Professor Liu utvecklade en innovativ legeringsdesignstrategi för tillverkning av intermetalliska föreningar med hög entropi. Denna strategi övervinner avvägningsproblemet mellan styrka och smidighet i traditionella metalliska material genom att införa hög densitet av nanopartiklar av flerkomponentintermetalliska föreningar i nanoskala. Resultaten publicerades i Vetenskap . Eftersom intermetalliska föreningar med hög entropi har välordnade atomstrukturer och kemiska synergistiska funktioner tack vare dess flera komponenter, som båda främjar den elektrokatalytiska prestandan, den nya legeringsdesignstrategin ger också insikt för att utveckla nya elektrokatalysatorer.

    Professor Lius team samarbetade med Prof Lu:s expertgrupp inom ädelmetallforskning och utvecklade en ny hög-entropi intermetallisk (HEI) elektrokatalysator genom att anta legeringsdesignstrategin. Den nya elektrokatalysatorn består huvudsakligen av fem metallelement:järn, kobolt, nickel, aluminium och titan. Den har också en välordnad atomstruktur. Genom en enkel, kemisk metod i ett steg, laget producerade en dendritliknande porös struktur som kraftigt ökade ytarean för elektrokemiska aktiviteter och därmed avsevärt förbättrade den elektrokemiska prestandan.

    High-entropy legeringar (HEA) är nya legeringar gjorda av fyra eller flera metallelement, med bra mekanisk, fysisk, kemiska och andra egenskaper. Eftersom den innehåller varianter av element, de synergistiska funktionerna bland de olika kemiska elementen ger många vägar för att optimera den katalytiska prestandan. Dock, de konventionella HEA:erna har störd atomfördelning i sin fasta lösning, så det är svårt att effektivt ändra den elektroniska strukturen och aktiva platser för att slutligen främja den elektrokemiska reaktionen.

    Å andra sidan, intermetalliska föreningar är en typ av metalllegering som bildas av metalliska element, eller av metalliska element med ett eller flera icke-metalliska element vars kristallina struktur skiljer sig från de andra beståndsdelarnas. Eftersom de multinära metallatomerna är jämnt fördelade i sin välordnade intermetalliska struktur, det möjliggör en specifik platsisoleringseffekt. Och dess elektroniska struktur är mycket justerbar. Så det anses vara en lovande katalysator. Dock, de flesta av den aktuella forskningen om intermetalliska elektrokatalysatorer fokuserar på binära legeringar som inte har de synergistiska funktionerna bland de multinära metallelementen.

    Därför, detta forskningsresultat är faktiskt resultatet av att kombinera fördelarna med legeringar med hög entropi (synergistiska effekter bland multinära metallelement) och intermetalliska föreningar (inneboende strukturell isoleringseffekt och väl avstämd elektronisk struktur).

    Genom att använda atomupplösningsscanningstransmissionselektronmikroskopi (Cs-korrigerad) och 3-D-atomtomografi i experiment, laget kännetecknade atomstrukturen för HEI elektrokatalysator. Med ytterligare teoretiska beräkningar, de bevisade att de synergistiska effekterna och den välordnade atomstrukturen effektivt optimerar den elektroniska strukturen, och därmed främja den elektrokemiska vattensplittningsprocessen.

    På grund av dess unika beståndsdelar och struktur, denna HEI -katalysator utför utmärkt väteutvecklingsreaktion i alkalisk elektrolytlösning.

    "Vår unika strategi för att producera HEI avslöjar ett nytt paradigm för att utveckla en ny elektrokatalysator med överlägsna reaktionsaktiviteter för att klyva vatten och producera väte, "sade professor Liu.

    "Metoden som vi använde för att förbereda HEI har redan använts i stor utsträckning inom industriell produktion. Eftersom vi använder de billigare metaller som råvaror, vi tror att denna nya elektrokatalysator kommer att ha en lovande applikationspotential inom industriell produktion av väte, "Tillade professor Lu.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com