En nyligen genomförd studie, knuten till UNIST har presenterat ädla katalysatorer för vattenelektrolys, kan generera väte och syre samtidigt. Enligt forskargruppen, bland de hittills rapporterade katalysatorerna, dessa är mest stabila, enkelt att göra, prisvärd och har utmärkta prestanda.

I den här studien, Professor Hyeong-seong Park, tillsammans med professor Gun Tae Kim, och professor Sang-kyu Kwak vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST introducerade en heterostruktur bestående av perovskitoxider (La _0,5 Sr _0,5 Kuttra _3–5 , LSC) och molybdendiselenid (MoSe ₂ ) som en elektrokemisk katalysator för övergripande vattenelektrolys. De nya katalysatorerna är enkla att syntetisera och kan masstillverkas, enligt forskargruppen.

Vattenelektrolysteknik anses vara det mest miljövänliga och effektiva sättet för hållbar vätegenerering. Detta är en väletablerad teknik som har använts för nedbrytning av vatten till syre och väte på grund av att en elektrisk ström passerar. Just nu, en katalysator för att hjälpa vattennedbrytningsreaktionen behövs. Tidigare studier har rapporterat att ädelmetallbaserade katalysatorer, såsom platina (Pt) eller iridium (Ir) visar utmärkt katalytisk prestanda. Dock, kommersialiseringen av ädelmetallbaserade katalysatorer är svår på grund av höga kostnader och låg stabilitet.

I den här studien, forskargruppen rapporterar om en enkel metod (Ball Milling-teknik) för syntes av en heterostrukturkatalysator där perovskitoxider (LSC) och molybdendiselenid (MoSe) ₂ ) placeras i en behållare, valsade sedan med stålmetaller. Den nya katalysatorn visar prestanda nära den för ädelmetallbaserade katalysatorer för generering av både väte och syre. Vad som skiljer den från andra ädelmetallbaserade katalysatorer är att den nya katalysatorn uppvisar utmärkt katalytisk prestanda på båda sidor.

Särskilt, den föreslagna katalysatorn uppvisade utmärkt total vattenelektrolysstabilitet under 1000 timmar vid en hög strömtäthet på 100 mA cm ^–2 . Tidigare rapporterade katalysatorer lider av elektrodskador, även vid en strömtäthet på 50 mA.

"Transition Metal Dichalocogenides (TMD) sägs uppvisa utmärkt stabilitet, så det hade gjorts några studier, använda TMD som katalysatorer för vattenelektrolys. Dock, det har varit svårt att ändra de halvledande egenskaperna hos TMD till egenskaperna hos metaller där elektrisk ström kan flöda fritt, " säger Nam Khen Oh på doktorandprogrammet för energi och kemiteknik vid UNIST, studiens första författare. "I den här studien, några av TMD:erna omvandlades till metallegenskaper under syntesen av de två materialen, vilket avsevärt förbättrade katalysatorns prestanda och stabilitet."

Den unika halvledar-metall strukturella fasövergångsjonen i heterostrukturen av LSC och MoSe ₂ har först upptäckts i detta arbete, har således identifierats experimentellt och teoretiskt. När elektroner rör sig från LSC till MoSe ₂ , vissa strukturer hos TMD förändras, då ändras den halvledande egenskapen till metallegenskapen.

"Fasövergångsfenomenet som delvis uppträder när elektroner rör sig mellan övergångsmetallen kalkogenid och perovskitoxiden kommer att presentera ett nytt perspektiv på övergångsmetallen kalkogenid fasövergång, " säger professor Park. "Vi förväntar oss att den föreslagna katalysatordesignen kan kombineras med olika föreningar, så att potentialen är obegränsad."

Deras resultat kommer att ge en ny inblick i forskningen om elektrolytisk lösningskatalysator, som har fokuserats på metallbaserade katalysatorer. "Nyligen, de flesta av de alkaliska hydrotermiska teknikerna är fokuserade på utvecklingen av metallbaserade reaktionskatalysatorer för väteproduktion, säger Changmin Kim i den kombinerade M.S/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering vid UNIST, den första medförfattaren till denna studie. "Som katalysator för syregenereringsreaktion, som har fångat ryggraden i vattennedbrytningsreaktionen, har kommit ut med en ny katalysator som visar hög prestanda, relaterad teknik kommer att utvecklas ytterligare."

"Kommersialisering av hydrobehandlingskatalysatorerna kräver enkel syntes, bulkande, reproducerbarhet, låg kostnad, hög prestanda, och hög stabilitet, " säger professor Kim. "Våra nya katalysatorer förväntas uppfylla dessa krav."