Smörgåsen är en mat som kokats fram av 1700-talets adelsmän för att spela kortspel oavbrutet. Kött eller grönsaker lades i lager och stoppades sedan mellan brödet för att snabbt kunna ätas medan de var engagerade i spelet. Denna effektiva mat levererade också gott om kalorier och näring. En forskargrupp från POSTECH har upptäckt att skiktning som smörgåsen är ett utmärkt sätt att få väteenergi, en alternativ energikälla för fossila bränslen.

Forskargruppen ledd av professor In Su Lee, SunWoo Jang, en student i MS/Ph.D. integrerat program, och Dr Soumen Dutta vid Institutionen för kemi vid POSTECH har tillsammans utvecklat en sandwichstrukturerad katalysator som effektivt kan generera väteenergi genom att aktivera vattenelektrolys. Forskningsresultaten publicerades nyligen i American Chemical Societys internationella tidskrift ACS Nano .

Vätebränsleceller är miljövänliga kraftgenererande enheter som genererar elektricitet med hjälp av kemiska reaktioner som producerar vatten (H ₂ O) från syre (O ₂ ) och väte (H ₂ ). Med den senaste lanseringen av vätgasdrivna fordon och spridningen av vätebränsleceller i hushållen, väte ses allmänt som nästa generations energikälla för att ersätta fossila bränslen. Sättet som vatten bryts ner och väte produceras med hjälp av överskottsström från sol- eller vindkraft anses vara det enklaste och mest miljövänliga sättet att producera högrent vätebränsle i stora mängder. Dock, denna metod har en nackdel att ha låg produktionseffektivitet och hög kostnad. För att sänka enhetspriset på vätebränsle som produceras genom vattenelektrolys, det är nödvändigt att utveckla mycket aktiva och stabila elektrokemiska katalysatorer som kan maximera effektiviteten för vätegenerering.

Platina (Pt) har ansetts vara den mest lämpliga katalysatorn för väteproducerande reaktioner, men dess låga affinitet för vattenmolekyler och den resulterande långsamma hastigheten för vattenelektrolys gör det svårt att tillämpa på kommersiella processer som äger rum under alkaliska elektrolytförhållanden. För att kompensera för dessa begränsningar, många försök har gjorts för att kombinera metallsulfid med platinananopartiklar som främjar vattenelektrolys, men den instabila naturen hos platina-/metallsulfidytor utgör en annan svaghet som avsevärt minskar katalysatorernas hållbarhet.

Som svar, forskargruppen designade en tvådimensionell form av platina/metall-hydroxid-gränssnitt för att förbättra effektiviteten och hållbarheten hos katalysatorer på samma gång. I en original teknik för att odla ett platinaskikt på cirka 1 nm på ytan av nickel/järn-dubbelhydroxid (LDH), som är flera nanometer tjock, 2-D-2-D nanohybridmaterial i form av smörgåsar innehållande 2-D-nickel/järn-hydroxid-nanoplattor har framgångsrikt syntetiserats.

Den syntetiserade sandwichkatalysatorn har en synergistisk katalytisk effekt mellan metallhydroxid och platina, som är i nära kontakt över ett brett 2-D-2-D-gränssnitt. Just nu, det visar mer än 6 gånger aktiviteten hos det konventionella katalytiska materialet (20%-Pt/C), och bibehåller en stabil katalytisk funktion utan att minska aktiviteten även i den väteproducerande vattenelektrolysen i mer än 50 timmar.

"Sandwichkatalysatorer har den högsta väteproducerande alkalilösningen bland ämnen som inte använder kolbärare, men är betydligt mer hållbara än liknande elektrokemiska katalysatorer som är stabila i bara tre till fem timmar, " sa professor In Su Lee som ledde forskningen. "Vi förväntar oss att de kommer att användas för att utveckla en kostnadseffektiv process för väteproduktion."