En grupp forskare har undersökt om datautvinning kan påskynda identifieringen av billiga metalloxidelektrokatalysatorer, vilket påskyndar världens övergång från fossila bränslen.
Detaljer om forskningen publicerades i tidskriften Advanced Science den 7 december 2023.
Världens beroende av fossila bränslen har drivit forskare att utforska förnybara energikällor. Elektrokemiska omvandlingstekniker, såsom bränslecellsdrift, vattenelektrolys och metall-luftbatterier, erbjuder lovande strategier för övergången mot en hållbar energiframtid. Men beroendet av ädla metaller i många elektrokatalytiska reaktioner innebär ekonomiska och miljömässiga utmaningar.
Metalloxider har potential att ändra detta på grund av deras stabilitet och lägre kostnad än ädla metaller, särskilt under alkaliska elektrokatalytiska förhållanden. Ändå är sökandet efter dessa metalloxider resurskrävande, och forskare förlitar sig på försök och misstag.
"Med datamining som en hållbar lösning på detta problem, satte vi oss för att undersöka möjligheterna och utmaningarna med att anta denna strategi för att hitta metalloxider", säger Hao Li, docent vid Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) och motsvarande författare till tidningen.
För att göra det utnyttjade Li, tillsammans med sina kollegor, den omfattande data som finns tillgänglig i Materials Project-databasen och identifierade 68 lovande stabila metalloxidelektrokatalysatorer under specifika förhållanden.
De noterade att databasen främjade Sb2 WO6 som en stabil metalloxid i syra. Detta är baserat på det vattenhaltiga stabilitetsdiagrammet - en grafisk representation som illustrerar den termodynamiska stabiliteten för olika kemiska arter i en vattenlösning som en funktion av pH och den elektriska potentialen. Enligt diagrammet, Sb2 WO6 är stabil under syrereduktionsreaktionen (ORR) i sura medier men ganska instabil under ORR-förhållanden med högt pH. Forskarna fann dock att detta motsäger efterföljande experimentella observationer i alkaliska ORR-förhållanden.
Ytterligare karakteriseringar efter katalys, elektrokemiska yttillståndsanalyser och pH-fältkopplad mikrokinetisk modellering avslöjade att Sb2 WO6 ytan genomgår elektrokemisk passivering under ORR-potentialer och bildar en stabil och 4e-ORR-aktiv yta.
Sammantaget indikerar studiens resultat att även om datautvinning lovar, är ytterligare förfining nödvändig för en utbredd användning. "En förfinad strategi måste utvecklas som tar hänsyn till den elektrokemi-inducerade ytstabiliteten och aktiviteten", betonade Li.
I framtiden hoppas forskarna kunna utforska andra elektrokatalysatorer för syreutvecklingsreaktionen och väteutvecklingsreaktionen genom att kombinera datautvinning, yttillståndsanalys och aktivitetsanalys.
Mer information: Xue Jia et al, Identifying Stable Electrocatalysts Initialized by Data Mining:Sb2WO6 for Oxygen Reduction, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202305630
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av Tohoku University
