Katalysatorn som utvecklats av KISTs forskargrupp använder 20 % mindre iridium, en ädelmetall, än befintliga katalysatorer och uppvisar minst 31 % högre prestanda. Ett långtidstest med kranvatten utfördes för att verifiera katalysatorns praktiska genomförbarhet. När den testades, katalysatorn höll en hög prestanda i hundratals timmar, indikerar hög hållbarhet. När den utvecklade katalysatorn applicerades på själva koldioxidomvandlingssystemet, energin som krävdes under processen minskade med mer än hälften. Detta resulterade i mer än dubbelt så mycket föreningar som vanligtvis produceras vid samma spänning med användning av andra iridiumoxidkatalysatorer. Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Korea Institute of Science and Technology (KIST, Tillförordnad president:Yoon Seok-jin) meddelade att en forskargrupp, ledd av Dr Oh Hyung-Suk och Dr Lee Woong-hee, vid Clean Energy Research Center på KIST, utvecklat en teknik för att minska användningen av ädelmetallkatalysatorer vid elektroder där syre produceras. Användningen av ädelmetallkatalysatorer är ett av problemen som hindrar den praktiska tillämpningen av artificiell fotosyntesteknik.
Konstgjord fotosyntesteknik innebär att artificiellt återskapa en process, som processen som ses i växter, med vilket vatten, solljus, och koldioxid (CO 2 ) omvandlas till kolväten och syre, med klorofyll som fungerar som katalysator. Denna teknik har fått mycket uppmärksamhet eftersom den kan producera ren energi och förädlade kemikalier samtidigt som den absorberar koldioxid.
För att denna teknik ska kunna kommersialiseras, katalysatorns effektivitet, som i växter, är klorofyll, måste förbättras och tillhörande kostnader måste minskas. Av de effektiva elektrokemiska katalysatorer som har studerats hittills, iridiumbaserade katalysatorer har visat sig vara några av de mest stabila och högpresterande och är därför allmänt kända som några av de bästa syreproducerande katalysatorerna. Dock, iridium är dyrt och dess reserver och produktionsvolym är ganska begränsade. Nyligen, mycket forskning har utförts om hur man kan minska användningen av iridium och förbättra katalysatorns prestanda.
En av de mest effektiva metoderna för att minska användningen av iridium är att tillverka en iridiumlegeringskatalysator i nanoskala med lågprismetaller. Det gemensamma forskarlaget KIST-Technical University Berlin (TU-Berlin) utvecklade en kärna-skal nanokatalysator med ett iridiumoxidskal genom att använda nanopartiklar av iridium-koboltlegering för att minska användningen av iridium.
Forskargruppen vid KIST använde olika in-situ/operando-analytiska tekniker för att designa en effektiv katalysator. Med hjälp av en in-situ/operando röntgenabsorptionsspektroskopi, de fann att katalysatorn, med dess kärna-skal struktur, hade hög prestanda på grund av det korta avståndet mellan iridium och syre i katalysatorn. De undersökte ytterligare katalysatorn, med användning av en in-situ/operando-induktivt kopplad plasmaanalysteknik (ICP), och fann att den hade hög hållbarhet på grund av den relativt lilla förlusten av katalysatorn. Det är ännu mer signifikant att dessa resultat erhölls under faktiska katalysatorreaktionsprocesser. Resultaten av dessa analyser kommer även fortsättningsvis att användas för att designa olika katalysatorer. Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Forskargruppen vid KIST använde olika in-situ/operando analytiska tekniker för att designa en effektiv katalysator. Med hjälp av en in-situ/operando röntgenabsorptionsspektroskopi, de fann att katalysatorn, med dess kärna-skal struktur, hade hög prestanda på grund av det korta avståndet mellan iridium och syre i katalysatorn. De undersökte ytterligare katalysatorn, med hjälp av en in situ/operando induktivt kopplad plasma (ICP) analytisk teknik, och fann att den hade hög hållbarhet på grund av den relativt lilla förlusten av katalysatorn. Det är ännu mer signifikant att dessa resultat erhölls under faktiska katalysatorreaktionsprocesser. Resultaten av dessa analyser kommer även fortsättningsvis att användas för att designa olika katalysatorer.
Katalysatorn som utvecklats av KISTs forskargrupp använder 20% mindre iridium, en ädel metall, än befintliga katalysatorer och visar minst 31% högre prestanda. Ett långsiktigt test med kranvatten utfördes för att verifiera katalysatorns praktiska genomförbarhet. När den testades, katalysatorn upprätthöll en hög prestandanivå i hundratals timmar, indikerar hög hållbarhet.
När den utvecklade katalysatorn applicerades på det faktiska koldioxidomvandlingssystemet, energin som krävdes under processen minskades med mer än hälften. Detta resulterade i mer än dubbelt så många föreningar som vanligtvis produceras vid samma spänning med användning av andra iridiumoxidkatalysatorer.
"Vi använde en iridium-koboltlegeringskärna och en kärna-skal nanokatalysator med ett iridiumoxidskal för att avsevärt förbättra prestandan för syreutvecklingsreaktionen och hållbarheten, som var de problem som tidigare förknippades med den elektrokemiska CO 2 konverteringssystem, " sa KISTs Dr. Oh Hyung-Suk, som ledde forskningen. "Jag förväntar mig att denna forskning kommer att bidra i hög grad till användbarheten av den elektrokemiska CO 2 omvandlingssystem eftersom det kan tillämpas på vattenelektrolyssystem för väteproduktion såväl som olika andra elektrolyssystem."
