När efterfrågan ökar på mer hållbar och effektiv energiproduktion framstår elektrokemisk energiomvandlingsteknik som bygger på elektrokatalys som lovande alternativ. Forskning om den bästa typen av elektrokatalysatorer pågår.
Tvådimensionella ädelmetallbaserade legeringselektrokatalysatorer är kostnadseffektiva och tillgängliga men har betydande nackdelar, inklusive svag interaktion mellan atomerna i legeringen vilket leder till instabilitet och minskad aktivitet.
Men att lägga till intermetalliska föreningar (IMC) till legeringen förbättrar interaktionen mellan de olika elementen och har ytterligare fördelar. Forskning publicerad i Energy Materials and Devices granskar aktuell forskning om utveckling av 2D-ädelmetallbaserade IMC och deras fördelar.
"Hittills saknas en omfattande översyn av syntesen av 2D-ädelmetallbaserade IMC:er och deras potentiella tillämpningar inom elektrokatalys. Denna översyn fyller det gapet genom att ge en omfattande översikt över syntesmetoderna för 2D-ädelmetallbaserade IMC:er, inklusive CO-assisterade och halidjonmoduleringsmetoder Granskningen tar också upp aktuella utmaningar i syntesen och elektrokatalytisk tillämpning av 2D-ädelmetallbaserade IMC, säger Fukai Feng, professor vid University of Science and Technology Peking i Peking, Kina.
I artikeln tittar forskarna först på de olika processerna för att syntetisera 2D-ädelmetallbaserade IMC, som inkluderar CO-assisterade och halidjonmoduleringsmetoder. De sammanfattar sedan sina tillämpningar inom elektrokatalys.
Det finns vissa fördelaktiga egenskaper hos elektrokatalysatorer som kan uppnås under syntesprocessen, inklusive symmetrireduktion. Detta är önskvärt eftersom reducering av en katalysators symmetri förbättrar den elektrokatalytiska aktiviteten.
Syntesmetoderna som analyseras i detta dokument inkluderar den CO-assisterade metoden och en halidjonmoduleringsmetod. Båda metoderna har sina fördelar, beroende på vilken typ av 2D-ädelmetallbaserad IMC som önskas.
Efter att ha analyserat syntesmetoder tittade forskare på de olika verkliga tillämpningarna av 2D-ädelmetallbaserade IMC:er i elektrokatalys.
"De unika egenskaperna hos 2D-ädelmetallbaserade IMC, inklusive anisotropi (icke-likformighet), många aktiva platser, omättad koordination av atomer på ytan och elektronöverföringseffektivitet, bidrar till deras utmärkta katalytiska egenskaper", säger Feng. P>
Ett exempel på en verklig tillämpning av en 2D-ädelmetallbaserad IMC är i en direkt etanolbränslecell. Denna rena energikälla är intressant eftersom den är förnybar, lätt att lagra och transportera, och den har en hög energitäthet. Katalysatorer som används i direkta etanolbränsleceller tenderar att absorbera mer av giftiga intermediära biprodukter. De 2D-ädelmetallbaserade IMC:erna hämmar dock denna absorption.
Forskare noterade att det fanns områden där färre studier har gjorts, till exempel om användningen av 2D-ädelmetallbaserade IMC:er för den elektrokemiska process som sker vid katoden under elektrokemisk vattendelning för väteutveckling.
Framöver hoppas forskarna att flera utmaningar för 2D-ädelmetallbaserade IMC-elektrokatalysatorer tas upp, inklusive syntetisering av 2D-ädelmetallbaserade IMC:er och de metaller som används för denna process. Detta är en utmanande process på grund av deras inneboende anisotropi och höga ytenergi.
En annan utmaning som står inför under syntesprocessen är de ytaktiva biprodukterna som finns kvar efter syntesen, vilket minskar effektiviteten hos katalysatorerna. Även om en metod som kallas termisk glödgning kan ta bort behovet av ytaktiva ämnen, kommer denna process med sina egna utmaningar.
Forskare skulle vilja se nya metoder för att syntetisera de 2D-ädelmetallbaserade IMC:erna med termisk glödgning. Slutligen skulle forskare vilja se 3D-strukturer byggda från 2D-ädelmetallbaserade IMC:er för att förbättra katalysatorernas långsiktiga stabilitet och mer breda tillämpningar av denna teknik utforskas.
Andra bidragsgivare är Sumei Han och Qipeng Lu från School of Materials Science and Engineering vid University of Science and Technology Beijing och Qinbai Yun vid Institutionen för kemisk och biologisk teknik och energiinstitutet vid Hong Kong University of Science and Technology.
Mer information: Fukai Feng et al, Tvådimensionell ädelmetallbaserad intermetall för elektrokatalys, Energimaterial och enheter (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370008
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
