• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Skyddar syreproduktionen för att hålla vätgas på väg

    Den porösa beläggningen ökar hållbarheten hos syrebildande katalysatorer som ivrigt eftersträvas av industrin. Upphovsman:KAUST

    En porös ceriumbaserad beläggning ökar hållbarheten hos syrebildande katalysatorer samtidigt som den behåller sin inneboende vattensplittande aktivitet.

    Effektiviteten att separera väte och syre från vatten kan ökas med kostnadseffektiva elektrokatalysatorer som kombinerar hög prestanda och robusthet. Forskare från KAUST har utvecklat en beläggning som skyddar vattensplittande katalysatorer avsedda för så kallad syreutveckling utan att minska deras elektrokemiska aktivitet.

    Väte bär på betydande energi. Omfattande ansträngningar för att isolera från vatten denna lovande källa till rent bränsle har lett till elektrokemiska metoder, såsom vattenelektrolys och ljusdriven vattensplittring. Dessa metoder är vanligtvis beroende av vätgasbildning vid katoden och syreutveckling vid anoden. Dock, till skillnad från sin väte motsvarighet, syreutvecklingen är vanligtvis långsam och kräver betydande överpotential, vilket innebär att anoden förbrukar mer energi än termodynamiskt uppskattat. Detta hindrar den totala väteproduktionen.

    Nickel-järnoxidkatalysatorer, som NiFeOx, har visat sig vara mycket aktiva för den anodiska reaktionen men är instabila under hårda oxidativa förhållanden. Exponering för överspänning eller alkaliska lösningar gör att dessa katalysatorer förlorar järnhaltiga arter, som löser sig från de aktiva platserna och gradvis avaktiveras.

    För att lösa detta problem, Ph.D. studenten Keisuke Obata och professor i kemisk vetenskap Kazuhiro Takanabe har utvecklat en skyddande beläggning för en NiFeOx -anod. Det tunna ceriumoxid (CeOx) -skiktet bestod av små partiklar som aggregerades i en porös struktur som tillät endast genererade syremolekyler att fly.

    Enligt Takanabe, hans forskargrupp introducerar i allmänhet nanoskala funktionella funktioner på ytorna på vattensplittande elektroder för att förbättra prestanda. "Vår grupp har hittat många nanostrukturerade beläggningar för väteutvecklingskatoden, men ingen som stabilt skulle kunna täcka ytan på syreutvecklingsanoden, " han säger.

    Bygga på sin erfarenhet av de katodiska beläggningarna, forskarna kom med en ny beläggning för syreutvecklingskatalysatorn:anodisk avsättning av Ce3+ joner, som oxiderades och utfälldes som ett CeOx -skikt under applicerad spänning. "Vi förväntade oss inte att ceriumarterna skulle förbättra stabiliteten för nickel-järnoxidkatalysatorerna i början av projektet, "säger Obata, noterar att medan stabilitet är en viktig faktor för katalys är reaktivitet kritisk.

    CeOx -skiktet upprätthöll den inneboende reaktiviteten hos elektrokatalysatorn under och, följaktligen, endast lagt till selektiv permeabilitet och hållbarhet till elektroden. Ett liknande fenomen inträffade för en CeOx-belagd anodisk koboltelektrokatalysator, vilket innebär att denna avsättning kommer att fungera över olika syreutvecklingskatalysatorer.

    Takanabes team undersöker för närvarande olika material för att förbättra egenskaperna hos deras beläggning. "Vi testar våra material under branschrelevanta förhållanden, " han lägger till.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com