Elektrokatalys är mycket involverat i många viktiga energirelaterade processer som syrereduktionsreaktionen (ORR) för bränsleceller, väteutvecklingsreaktionen (HER) för produktion av grönt väte, och syreutvecklingsreaktionen (OER) för metall-luft-batterier. Ädelmetallaerogeler (NMA) har dykt upp som en ny klass av enastående elektrokatalysatorer, kombinerar egenskaperna hos metaller och aerogeler. Dock, utvecklingen av dessa porösa material har hindrats av tröga tillverkningsmetoder, som kräver flera timmar eller till och med veckor. Dessutom, de unika optiska egenskaperna hos ädelmetaller – till exempel, plasmonisk resonans – har hittills ignorerats i NMA, begränsa deras potentiella höga prestanda vid elektrokatalys.

Ran Du från Kina är en Alexander von Humboldt-forskare som har arbetat sedan 2017 som postdoc i fysikalisk kemigruppen för professor Alexander Eychmüller vid TU Dresden. Tillsammans, de avslöjade nyligen ett okonventionellt självläkande beteende i ädelmetallgeler, en sällsynt egenskap i enbart oorganiska gelsystem. Utifrån detta, de utvecklade en metod för att enormt accelerera gelningshastigheten. Deras resultat publicerades i tidskriften Materia .

Denna okonventionella och konceptuellt nya strategi för snabb gelning är en kontraintuitiv, störningsfrämjad gelningsmetod. In situ-införandet av ett störningsfält under gelningen underlättar i hög grad masstransport och inducerar accelererad reaktionskinetik. Vid avlägsnande av störningsfältet, de resulterande gelbitarna kan återmonteras till en monolit via den självläkande egenskapen. Detta leder till gelning inom en till 10 minuter vid rumstemperatur utan att gelers mikrostrukturer påverkas. Detta är två till tre storleksordningar snabbare än traditionella tillvägagångssätt. Mekanismen stöddes också av Monte Carlo-simuleringar. I synnerhet, störningsmetoderna kan utökas till att skaka och bubbla, och metoden är tillämpbar på olika kompositioner, såsom guld (Au), palladium (Pd), rodium (Rh), guld-palladium (Au-Pd), guld-palladium-platina (Au-Pd-Pt), och morfologier, till exempel, kärna-skal-strukturen eller homogen struktur.

Ran Du utnyttjade också de kombinerade optiska och katalytiska aktiviteterna hos ädelmetaller:"Vi var också först med att demonstrera de fotoelektrokatalytiska egenskaperna hos NMA genom att använda etanoloxidationsreaktion (EOR) som en modellreaktion, uppvisar en aktivitetsökning på upp till 45,5 % genom belysning och realiserar en strömtäthet på upp till 7,3 gånger högre än den för kommersiellt palladium/kol (Pd/C). Således, vi var pionjärer i utforskningen av fotoelektrokatalys på NMA, öppnar upp nytt utrymme för både grundläggande och tillämpningsorienterade studier för ädelmetallgeler och andra system."