Schematisk illustration av high-throughput bubbla screening metod. Kredit:NIMTE
En forskargrupp ledd av prof. Wang Junqiang vid Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har utvecklat en kombinatorisk strategi med hög genomströmning för att screena överlägsna katalysatorer för väteutvecklingsreaktion (HER). Forskningsarbetet har publicerats i ACS Catalysis .
Tack vare de utmärkta egenskaperna med låg kostnad, hög katalytisk aktivitet och god hållbarhet har katalysatorer baserade på flera oädla metaller, såsom nickel (Ni) och kobolt (Co) legeringar, väckt ökad uppmärksamhet över hela världen inom forskningsområdet HER eller syreutvecklingsreaktion (OER). Men på grund av det stora sammansättningsutrymmet av flerkomponentlegeringar som kräver avsevärt arbete med katalysatortillverkning och prestandatest, är det fortfarande en utmaning att identifiera den optimala katalysatorn för HER både beräkningsmässigt och experimentellt.
Baserat på tidigare studier valde forskare vid NIMTE de icke-ädla elementen Ni och Co som de dominerande legeringskomponenterna med titan (Ti) som det extra legeringselementet, vilket skräddarsydde väteutvecklingen. Genom magnetronsamförstoftning syntetiserade forskare det ternära Ni-Co-Ti-filmbiblioteket.
Forskarna föreslog den högeffektiva bubblanscreeningsmetoden för att identifiera de överlägsna flerkomponentlegeringarna som används som de högpresterande HER-katalysatorerna. Den totala screeningseffektiviteten har förbättrats med mer än 10 000 gånger jämfört med de traditionella tidskrävande och arbetskrävande försök-och-fel-metoderna.
Ni-Co-Ti ternära katalysatorer. Kredit:NIMTE
Dessutom utfördes den parallella elektrokemiska analysen, vilket indikerade att bland bredfasdiagrammet med 39 %
Dessutom undersökte de den underliggande mekanismen och fann att den låga atomära packningsdensiteten och den låga elektronbindande energin bidrar till den höga katalytiska aktiviteten i HER.
Den kombinatoriska strategi med hög genomströmning som föreslås i denna studie visade stor potential att utvidgas till katalysatorutforskning i legeringssystem med högre sammansättning och även för OER. + Utforska vidare
