När världen söker hållbara lösningar för att möta ökande energibehov, har ett samarbetsteam av forskare från universiteten i Tartu och Köpenhamn föreslagit ett innovativt tillvägagångssätt för att övervinna långvariga begränsningar i syreelektrokatalys.

Syreelektrokatalys involverar reaktioner, såsom syreutveckling och reduktionsreaktion, som är avgörande i olika elektrokemiska energiomvandlings- och lagringssystem som vattendelning, bränsleceller och metall-luftbatterier. Dessa reaktioner involverar att bryta och bilda flera kemiska bindningar, som vanligtvis har hög aktiveringsenergi.

Detta gör det svårt att hitta katalysatorer som effektivt kan sänka dessa energibarriärer och underlätta reaktionerna. För att övervinna dessa begränsningar och påskynda övergången till en väteekonomi krävs ett nytt paradigm för katalysatordesign. Trots teoretiska begränsningar har forskargruppen upptäckt en praktisk metod för att överträffa begränsningarna.

I en nyligen publicerad artikel i ACS Catalysis Science and Technology , introducerar forskargruppen ett innovativt koncept för geometri-adaptiv elektrokatalys. Detta tillvägagångssätt använder katalysatorer som dynamiskt justerar sin geometri under en reaktion, och kringgår de teoretiska begränsningarna som har hindrat framsteg inom syreelektrokatalys i årtionden.

"Det här konceptet har potential att revolutionera området för syreelektrokatalys", säger Ritums Cepitis, huvudförfattaren till studien, en 4:e års doktorsexamen. student vid KongiLab vid Institutet för Kemi. "Vår modell visar att idealisk katalys är inom räckhåll, och i praktiska termer kan den potentiellt fördubbla effektiviteten av energiomvandlings- och lagringsteknologier", tillägger Dr. V. Ivaništšev, som utvecklade idén tillsammans med prof. J. Rossmeisl under ett stipendium vid Köpenhamns universitet.

"Nu är vår grupp redo att omsätta detta tillvägagångssätt. Laboratoriearbetet kommer att kräva ännu större kreativitet än modelleringsfasen, men vi ser redan lovande framsteg", säger docent Nadežda Kongi, ledaren för forskningsgruppen för oorganiska funktionella material (KongiLab) vid universitetet i Tartu.

Mer information: Ritums Cepitis et al., Bypassing the scaling relations in oxygen electrocatalysis with geometri-adaptive catalysts, Catalysis Science &Technology (2024). DOI:10.1039/D4CY00036F

Tillhandahålls av Estonian Research Council