Jämförelse mellan reaktionsmekanismerna för ett hybridsystem med en konventionell heterostruktur, och det enfasiga systemet med protonacceptorer på molekylär nivå som utvecklats av forskarna. Kredit:Nanjing University of Information Science and Technology.
Vår överdrivna konsumtion av fossila bränslen är ansvarig för några av de stora samhällsutmaningarna vi står inför, från klimatförändringar till föroreningar. Vätgas anses vara ett grönt alternativ till fossila bränslen, och alkalisk vattenelektrolys visar sig vara en attraktiv teknik för storskalig kommersialisering av väteproduktion.
Emellertid är nuvarande industriella tillämpningar av elektrokatalytisk vattenspjälkning begränsade av den höga överpotentialen hos syreutvecklingsreaktionen (OER); en viktig elektrokemisk reaktion i processen. Detta gäller särskilt vid drift med höga elektriska strömtätheter (500-1000 mA cm -2 ). I en studie publicerad i Green Energy &Environment , beskriver en grupp forskare från Kina en process som de har utvecklat för att möta denna utmaning.
Prof. Yunfei Bu från Kinas Nanjing University of Information Science and Technology ledde forskningen. Han förklarar att "eftersom OER involverar fyra komplexa proton-elektron-koordinationsöverföringssteg i alkaliska medier, är nivån av proton/elektronöverföring du kan uppnå begränsad. För att ta itu med det konstruerade vi en enkel och skalbar protonacceptorstrategi som minskar storleken på protonacceptorerna till molekylär nivå och integrerar dem i hela katalysatorn."
Yaobin Wang, en Ph.D. student vid samma universitet, kom på den nya metoden och, enligt medförfattaren Dr. Feng Li, professor vid Kinas Fudan University, är anledningen till att den fungerar så bra att "designen på molekylär nivå ökar den direkta kopplingen mellan ytprotonacceptorn och bäraren, och löser de befintliga problemen kring en lång överföringsväg, begränsat gränssnitt och lös kontakt. Detta resulterar i förbättrad protonöverföringskinetik under hög ström."
Studien utvärderade också katalysatorns vattenelektrolysprestanda under praktiska förhållanden genom att använda en membranelektrodenhet. Enligt forskarna kan elektrolysatorn uppnå en hög strömtäthet på 500 mA cm -2 eller till och med 1000 mA cm -2 vid låg överpotential, och den totala Faraday är nära 96%.
Prof. Bu drar slutsatsen att "denna nya strategi visar stora tillämpningsmöjligheter i praktiska vattenelektrolysanordningar och högströms industriella tillämpningar. Dessutom har denna funktionella modifiering på molekylär nivå potential att utvidgas till mer katalytiska fält." + Utforska vidare
