Forskare från Bavarian Center for Battery Technology och forskningsnätverket "SolTech" vid University of Bayreuth har presenterat en ny produktionsmetod för elektrokatalysatorer:en snabb lågtemperatursyntes av speciella keramiska material (högentropioxider).
Resultaten från ordföranden för fysikalisk kemi III och Max Planck-institutet för järnforskning i Düsseldorf skulle kunna göra elektrolysen av vatten och den tillhörande väteproduktionen mer energieffektiv i framtiden. Resultaten har nu publicerats i tidskriften Advanced Functional Materials .
För närvarande används främst elektrokatalysatorer baserade på iridium- eller ruteniumoxid, vilket avsevärt ökar materialkostnaderna och även försvårar storskalig expansion när det gäller materialtillgänglighet. Övergångsmetalloxider med hög entropi blir allt mer intressanta för dessa processer. Dessa erhålls dock vanligtvis vid höga temperaturer och med långa syntestider.
"I detta arbete presenterar vi för första gången en lågtemperatursyntes av högentropioxider, närmare bestämt av spineller med högt järninnehåll", rapporterar Prof Dr. Roland Marschall, innehavare av ordföranden för fysikalisk kemi III vid University of Bayreuth. Den nya typen av syntes i mikrovågsugnen gör det möjligt att minska syntestiden till minuter (vanligtvis 5–30 minuter i detta fall) och temperaturen till 225°C.
Å ena sidan är syntesen därför mycket mindre energikrävande, och å andra sidan möjliggör detta produktion av nanopartiklar. Detta är särskilt intressant i katalys, eftersom nanopartiklar har ett särskilt högt förhållande mellan yta och volym och de katalytiska reaktioner som krävs för elektrolys äger rum på ytan.
"I vårt arbete kunde vi för första gången visa att en mängd olika sammansättningar med upp till sju olika metaller utöver järn kan uppnås med denna enkla lågtemperatursyntes", säger professor Marschall. Att delvis ersätta järn med kobolt, som är känt för sin höga aktivitet, möjliggjorde en ytterligare ökning av katalytisk aktivitet.
"Slutligen beror katalysatorernas aktivitet till stor del på sammansättningen - men denna är inte fritt variabel i alla tidigare syntesmetoder. Vår metod är å andra sidan mycket flexibel, vilket möjliggör inkorporering av ett stort antal element i olika oxidationstillstånd och gör det också möjligt att justera katalysatorernas sammansättning och därmed aktiviteten", säger professor Marschall.
Mer information: Judith Zander et al, Medium- och High-Entropy Spinel Ferrite Nanoptics via Low-Temperature Synthesis for the Oxygen Evolution Reaction, Avancerade funktionella material (2023). DOI:10.1002/adfm.202310179
Journalinformation: Avancerat funktionsmaterial
Tillhandahålls av Bayreuth University
