En nyligen genomförd studie, anslutna till Sydkoreas Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) har avslöjat en ny teknik som ger ett ökat väteproduktionsutbyte med fem gånger via avsättning av mycket porösa superaerofoba hydrogeler på en önskad elektrodyta.

Vattendroppar som faller på lotuslöven studsar lätt av istället för att delvis klämmas fast på ytan. Detta beror på den oregelbundna fördelningen av mikrobullar på bladen, som har egenskapen att stöta bort vatten. Tar signaler från lotusblad, en teknik som avsevärt förbättrar effektiviteten av väteproduktionen genom att förbättra elektrodytorna har utvecklats.

Ett forskarlag, gemensamt ledd av professor Jungki Ryu och professor Dongwoog Lee vid School of Energy and Chemical Engineering har avslöjat en ny teknik som ger ett ökat väteproduktionsutbyte med fem gånger via avsättning av mycket porösa superaerofoba hydrogeler på en önskad elektrodyta. Detta har väckt stor uppmärksamhet eftersom det avsevärt ökar effektiviteten i väteproduktionen utan att behöva utveckla nya katalysatorer.

När en kolsyrad dryck hälls upp i ett glas, kompaniet ₂ gas som är löst i drycken bildar små bubblor som fäster på glasets insida. Även om dessa bubblor inte spelar någon roll när man dricker drycker, de kan påverka många elektrokemiska system negativt. Verkligen, i elektrolytiska celler, bubblorna som bildas på elektrodernas yta minskar reaktionseffektiviteten, vilket leder till energiförluster. Därför, det är viktigt att ta bort bubblorna som fastnar på elektrodytan.

För att ta itu med dessa problem, forskargruppen rapporterade en enkel strategi för att förverkliga superaerofoba elektroder via avsättning av hydrogeler på en önskad elektrodyta. Hydrogel är en mångsidig klass av tvärbundna polymerer som har förmågan att absorbera och behålla en stor mängd vatten och vattenlösningar. Förutom, avsättning av hydrogeler som beläggningar på fasta ytor kan fungera som ett effektivt avlägsnande av gasbubblor.

I studien, forskargruppen mätte elektrodernas prestanda för gasutvecklingsreaktioner (t.ex. HER) baserat på avsättning av superaerofoba hydrogeler på en målyta. Använder M13 virala hydrogeler som modellsystem, de fann att den 3-D porösa strukturen av den virala hydrogelen kan ge superaerofobicitet till det underliggande substratet, eliminerar således lätt gasbubblor. Dessutom, HER-prestanda förbättrades avsevärt som ett resultat av separationen av katalytiskt aktiva och superaerofoba platser.

"Eftersom polymerer inte kan fungera som katalysatorer som påskyndar kemisk reaktion och eftersom de inte leder elektricitet, de har förväntats sänka effektiviteten av vattenelektrolys, " säger professor Ryu. "På grund av detta, den har aldrig använts för elektroder, men vi kunde lösa bristerna med elektrolysmetoden genom avsättning av hydrogeler på en önskad elektrodyta."

Deras arbete har uppmärksammats av många forskare, som en ny teknik för att ge bubbelavvisande egenskaper (så kallad superaerofobicitet) via avsättning av superaerofoba hydrogeler på en fast yta. Även om forskare har försökt ge superaerofobicitet till elektroder genom att kontrollera mikrostrukturerna på fasta ytor, konventionella metoder har begränsningar, eftersom de är materialspecifika, svårt att skala upp, möjligen skadligt för elektrodernas katalytiska aktivitet och stabilitet, och inkompatibel med fotoelektrokemiska tillämpningar. Den nya metoden kan appliceras på alla fasta material, och har därför ett brett utbud av applikationer, eftersom det endast kräver avsättning av hydrogeler på en önskad elektrodyta. Dessutom, deras tillvägagångssätt kan också framgångsrikt tillämpas på fotoelektroder på grund av hydrogelens transparens; däremot konventionella metoder, som förlitar sig på nano- och mikrotillverkning av elektroder, har lägre transparens.

"Detta är den första studien som realiserar bubbelavvisande egenskaper (så kallad superaerofobicitet) på ytan av olika fasta ämnen via avsättning av hydrogeler på en önskad elektrodyta, " säger professor Lee. "Denna studie kan ge insikt i en enkel metod för design och tillverkning av effektiva kraft- och sol-till-gas-omvandlingsanordningar."