Ett internationellt samarbete mellan forskare vid Dongguk University utvecklade en ny nickelbaserad hydroxidförening som kan användas som en kraftfull katalysator för elektrolys av vatten. Detta material kan också vara användbart för att utveckla förnybara energikällor. Kredit:Cactus Communications
Att hitta och förbättra förnybara energikällor blir allt viktigare. En strategi för att generera energi är att bryta vattenmolekyler (H 2 O) isär i en elektrokemisk reaktion som kallas elektrolys. Denna process gör att vi kan omvandla energi från solen eller andra förnybara källor till kemisk energi. Dock, elektrokemiskt splittande vattenmolekyler kräver en överpotential – en överspänning som måste appliceras utöver den teoretiska spänningen (1,23V vs. reversibel väteelektrod eller RHE) så att de nödvändiga reaktionerna kan inträffa.
Elektrokatalysatorer är material som, på grund av deras elektriska och morfologiska egenskaper, underlätta elektrokemiska processer. Forskare har letat efter elektrokatalysatorer som kan hjälpa till med elektrolys av vatten, och några av de bästa katalysatorerna är ädelmetalloxider, som är sällsynta och kostsamma. Nickelbaserad hydroxid (Ni(OH) 2 ) föreningar är, Lyckligtvis, ett bättre alternativ.
Ett team av forskare, inklusive Profs. Hyunsik Im och Hyungsang Kim från Dongguk University, interkalerade polyoxovanadat (POV) nanokluster till Ni(OH) 2 ordnade i ordnade lager och fann att detta förbättrar dess ledande och morfologiska egenskaper, vilket i sin tur förstärker dess katalytiska aktivitet. De använde en lovande metod som kallas kemisk lösningstillväxt (CSG), varvid en mycket mättad lösning framställs, och den önskade materialstrukturen bildas naturligt när de lösta ämnen fälls ut på ett förutsägbart och kontrollerat sätt, skapa en lager-för-lager-struktur med POV-nanokluster interkalerade mellan Ni(OH)2-lagren.
Teamet visade att den resulterande korthusliknande strukturen kraftigt minskade överpotentialen som behövs för elektrolys av vatten. De tillskrev detta till de morfologiska egenskaperna hos detta material; POV-nanoklustren ökar avståndet mellan Ni(OH) 2 lager och inducerar bildandet av mikroporer, vilket ökar ytan på det slutliga materialet och antalet katalytiska platser där vattenmolekyler kan delas. "Våra resultat visar fördelarna med CSG-metoden för att optimera porstrukturen hos det resulterande materialet, " förklarar Prof. Im.
Att underlätta elektrolysen av vatten med hjälp av nya katalysatorer är ett steg mot att uppnå en grönare framtid. Vad mer, CSG-metoden kan vara användbar inom många andra områden. "Den enkla CSG-avsättningen av nanohybridmaterial kan vara användbar för applikationer som produktion av Li-ion-batterier och biosensorer, " konstaterar Prof. Kim. Bara tiden kommer att utvisa vilka nya användningsområden CSG kommer att hitta.
