Vikten av "kolneutralitet" växer mer än någonsin, eftersom klimatförändringar orsakade av den globala uppvärmningen hotar till och med den mänskliga rätten att leva. Republiken Korea har deklarerat "kolneutralitet till 2050" och anstränger sig för att minska utsläppen av växthusgaser. För att förverkliga koldioxidneutralitet, tillsammans med grön väteproduktion som minskar genereringen av koldioxid, är CCU-teknik som utnyttjar redan genererad koldioxid avgörande.

För att dessa två tekniker ska vara effektiva för att minska utsläppen av växthusgaser måste energin som används minskas genom att öka aktiviteten hos vattenoxidationselektroden, vilket inducerar en elektrokemisk reaktion. För detta ändamål har försök gjorts att förstå den elektroniska strukturen hos katalysatorns yta medan reaktionen fortsätter. Men på grund av svårigheten att genomföra ett experiment i ett ultrahögt vakuum (UHV)-tillstånd, uppskattades det endast indirekt genom beräkningar.

Vid Korea Institute of Science and Technology (KIST), utvecklade Dr. Hyung-Suk Oh och Dr. Woong Hee Lee från Clean Energy Research Center och Dr. Keun Hwa Chae från Advanced Analysis and Data Center en mjuk röntgenbaserad absorptionsspektroskopi baserad på en strålningsaccelerator (10D XAS KIST strållinje) för första gången i Korea. KIST meddelade att denna forskning har utvecklat en ny strategi för att tillverka elektroder genom att observera och analysera den elektroniska ytstrukturen under reaktionen av vattenoxidationselektroden som appliceras på "väteproduktion och omvandling av koldioxid."

Forskargruppen fann att allmän kobolt rekonstruerades under reaktionen, genom att mäta den elektroniska strukturen och spinntillstånden på elektrodytan med hjälp av acceleratorbaserad mjuk röntgenabsorptionsspektroskopi under UHV-tillstånd. Termodynamiskt är kobolt benägen att vara i ett fyrvärt oxidationstillstånd under oxidationsförhållanden, och dess vattenoxidationsaktivitet är mycket låg. Det är nödvändigt att bibehålla ett trevärt oxidationstillstånd för att bibehålla hög vattenoxidationsaktivitet, att den process som utvecklats av forskargruppen gör det möjligt att erhålla 3,2 oxidationstillstånd och hög aktivitet. Den utvecklade elektroden har en 1 000 gånger större elektrokemisk yta jämfört med en kommersiell koboltelektrod och 10 gånger väteproduktionsprestanda när den appliceras på ett verkligt vattenelektrolyssystem.

Dr. Oh säger att "genom att utveckla en operando-mjuk röntgenabsorptionsspektrometri baserad på en strålningsaccelerator har vi tagit ett steg längre för att förstå egenskaperna hos katalysatormaterial och förbättra deras prestanda. Detta är en viktig teknik för artificiell fotosyntes, och förväntas vara till stor hjälp för att förbättra prestandan hos vattenoxidationselektroden, som är en viktig teknik för produktion av grönt väte och elektrokemisk rekonstruktion."

Forskningen publicerades i Nature Communications . + Utforska vidare

Högpresterande elektrodsystem med stor yta utvecklat för artificiell fotosyntes