Atomic QTAIM-bassänger av platina och aluminium (transparent) och Al-Pt-bindningsbassäng (röd) i Al2Pt-föreningen, avslöjar den uttalade laddningsöverföringen från Al- till Pt-atomer och polär karaktär av Al-Pt-atomära interaktioner. Kredit:© MPI CPfS
Övergången från fossila bränslen till förnybara energikällor är starkt beroende av tillgången på effektiva system för energiomvandling och lagring. Om man betraktar väte som en bärarmolekyl, protonbytesmembranelektrolys erbjuder många fördelar, som drift vid höga strömtätheter, låggas crossover, kompakt systemdesign etc. Emellertid, dess breda implementering hindras av långsam kinetik för syreutvecklingsreaktion (OER), Förbättring av dessa kräver användning av låga mängder och dyra Ir-baserade elektrokatalysatorer.
Letar efter rationell design av nya typer av OER-elektrokatalysatorer och tar itu med grundläggande frågor om nyckelreaktionerna vid energiomvandling, det interinstitutionella MPG-konsortiet MAXNET Energy integrerade forskare från olika institutioner i Tyskland och utomlands. Som ett resultat av ett nära och fruktbart samarbete inom denna ram, forskarna från avdelningen för kemisk metallvetenskap vid MPI CPfS tillsammans med experter från Fritz Haber Institute i Berlin och MPI CEC i Muelheim an der Ruhr, utvecklat ett nytt koncept för att producera multifunktionalitet i elektrokatalys och framgångsrikt illustrerat det med ett exempel på intermetallisk förening Al 2 Pt som prekursor för OER-elektrokatalysatormaterial.
Den intermetalliska föreningen Al 2 Pt (anti-CaF 2 typ av kristallstruktur) kombinerar två egenskaper som är viktiga för elektrokatalytisk prestanda:(i) reducerad densitet av tillstånd vid Fermi-nivån av Pt, och (ii) uttalad laddningsöverföring från aluminium till platina, leder till starkt polär kemisk bindning i denna förening. Dessa egenskaper ger inneboende OER-aktivitet och ökar stabiliteten mot fullständig oxidation under hårda oxidativa förhållanden av OER. På OER-villkor, Al 2 Pt genomgår en omstrukturering i området nära ytan som ett resultat av den självkontrollerade upplösningen av aluminium. Grovheten och porositeten hos in situ-formad mikrostruktur nära ytan gör det möjligt att kompensera den specifika aktivitetsförlusten. Även efter exceptionellt långa stabilitetsexperiment (19 dagar) vid höga strömtätheter (90 mA cm -2 ) bulkmaterialet behåller sin strukturella och sammansättningsmässiga integritet. Utvidga valet av syntestekniker, t.ex. tillväxt av tunna filmer, och utforska de olika intermetalliska föreningarna dra de viktigaste riktlinjerna för framtida utveckling av den föreslagna strategin.
Långsiktigt OER-experiment i 0,1 M HClO4 med Al2Pt-anod, uttrycks via serier av linjära svepvoltammetrikurvor, registreras efter var 24:e timmes kronopotentiometri vid 90 mA cm-2. Infälld:EDX-spektrumbild av de översta 1,2 mm av provet efter långtidsexperimentet (tvärsnittsvy; Al-rika domäner i blått, Pt-berikade spannmål i rött). Kredit:© MPI CPfS
Forskningen vid Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (MPI CPfS) i Dresden syftar till att upptäcka och förstå nya material med ovanliga egenskaper.
I nära samarbete, kemister och fysiker (inklusive kemister som arbetar med syntes, experimentalister och teoretiker) använder de modernaste verktygen och metoderna för att undersöka hur den kemiska sammansättningen och arrangemanget av atomer, såväl som yttre krafter, påverka magnetiska, föreningarnas elektroniska och kemiska egenskaper.
Nya kvantmaterial, fysiska fenomen och material för energiomvandling är resultatet av detta tvärvetenskapliga samarbete.
