Forskare över hela världen arbetar aktivt för att påskynda utvecklingen av nya katalysatorer som kraftigt kan sänka kostnaden för väteproduktion. Ett antal genombrottskatalysatorer har rapporterats, men deras förväntade prestanda är ofta okänd före implementering, och därför krävs ytterligare forskning för praktisk användning. En ny studie, ansluten UNIST, har introducerat en ny högeffektiv katalysator för vätegenerering och dess förväntade katalytiska prestanda har också visats.

Professor Jong-Beom Baek och hans forskargrupp vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST har framgångsrikt utvecklat en ny vattensplittande vätekatalysator, som består av rutenium (Ru) nanopartiklar som är jämnt fördelade och förankrade på ytan av flerväggiga kolnanorör (MWCNT), eller (Ru@MWCNT). Forskargruppen utvärderade också Ru@MWCNTs katalytiska prestanda. Resultaten indikerade att Ru@MWCNT -katalysatorn är överlägsen på många sätt än de kommersiella Pt/C -katalysatorerna. De nya katalysatorerna är enkla att syntetisera och kan massproduceras, enligt forskargruppen.

"Förutom att introducera högeffektiva och stabila katalysatorer som överträffar egenskaperna hos befintliga material, denna studie syftar till att utvärdera katalysatorelektrodernas katalytiska prestanda, som är en väsentlig del av kommersialiseringen, säger professor Baek.

Väte är det vanligaste elementet, som står för 75% av universum, och har betraktats som en effektiv och miljövänlig strömkälla för framtiden. För närvarande, majoriteten av vätet produceras från fossila bränslen, såsom naturgas och detta frigör ofta koldioxid (CO ₂ ) utsläpp i processen. Som ett alternativ, processen med att använda elektricitet för att dela vatten till väte och syre har föreslagits, men detta kräver användning av dyra katalysatorer, såsom platina.

Därav, Professor Baeks team har stadigt utvecklat katalysatorer som inte bara är bättre än traditionella platinakatalysatorer, men har lägre produktionskostnader. Ru@MWCNT-katalysatorn uppvisar överlägsna elektrokemiska egenskaper jämfört med de tidigare tillkännagivna metallorganiska katalysatorerna. Katalysatorn visar utmärkt HER -prestanda med låga överpotentialer (se figur 1), enastående hållbarhet och höga omsättningsfrekvenser i både sura och alkaliska förhållanden.

Ru@MWCNT -katalysatorerna tar strukturen, där rutenium (Ru) nanopartiklar är jämnt fördelade och förankrade på ytan av flerväggiga kolnanorör (MWCNT). Tack vare den mindre partikelstorleksfördelningen och partikelens enhetlighet, den visar utmärkt HER -prestanda och för detta, en tillverkningsprocess har också utvecklats.

"Den befintliga metoden för att kombinera Ru och CNT, det finns en tendens att Ru -partiklar håller ihop och genom att stadigt öka agglomeratets storlek under värmebehandlingen, "säger Do Hyung Kweon (Kombinerad MS/Ph.D. inom energi och kemiteknik, UNIST), studiens första författare. "Vi undertrycker denna partikelagglomerering via introduktionen av" Ru salt "och" -COOH "och detta möjliggjorde en enhetlig fördelning av Ru nanopartiklar på ytan av MWCNT."

För att exakt bestämma prestanda för den nya katalysatorn, Professor Baek har genomfört utvärderingen av hennes prestanda i själva konstruktionen och analysen av vattensplittande system, utöver den befintliga överpotentialmätningen. Deras resultat visar att Ru@MWCNT producerar 15,4%mer väte per energiförbrukning än kommersiell Pt/C och Faradaic -effektiviteten (92,28%) är högre än Pt/C (85,97%).

"Tidigare studier om vätekatalysatorer fokuserar på utvärderingen av själva katalytiska prestanda, och de var otillräckliga för att hantera själva konstruktionen och analysen av vattensplittande system, "säger professor Baek." Denna studie är betydelsefull eftersom den kan förutsäga den faktiska HÄR -tillämpligheten. "

Resultaten av denna forskning har publicerats i Naturkommunikation .