I den nya studien publicerad i tidskriften International Journal of Extreme Manufacturing den 1 november 2023 rapporterade forskare från Storbritannien och Kina om en ny teknik baserad på en laserinducerad hydrotermisk reaktion (LIHR)-mekanism för tillväxten av binär metalloxidnanoarkitektur och skiktade dubbla hydroxider på nickelskum för elektrokatalytiska tillämpningar.
Storskalig elektrokemisk produktion av väte från vattenspjälkning kräver utveckling av elektrokatalysatorer för att övervinna de kinetiska energibarriärerna för väteutvecklingsreaktion (HER) och syreevolutionsreaktion (OER). Elektrokatalysatorerna måste vara aktiva, stabila och billiga.
Bland olika kandidater har icke-ädel nickelbaserade katalysatorer, särskilt Ni-Mo-katalysatorer, fått ett brett erkännande för alkaliska HER och skiktade dubbla hydroxider (LDH) baserade på övergångsmetaller (Fe, Co, Ni) för OER-katalysatorer i alkaliska medier .
Dessa elektrokatalysatorer syntetiseras dock vanligtvis med hydrotermiska eller solvotermiska metoder, vilket kräver autoklaver och lösningsmedel, och är också tidskrävande och kräver hög energitillförsel.
För att möta dessa utmaningar utvecklade teamet, som banade väg för lasersyntesen av elektrokatalysatorer, denna alternativa väg till konventionell hydrotermisk behandling genom laserbestrålning av ett substrat nedsänkt i en vätska som innehåller metallsaltprekursorer.
När laserstråleinteraktionen vid gränsytan mellan vätskan (innehållande Ni/Mo eller Fe/Ni-prekursorer) och nickelsubstrat genererar ett tillstånd av hög temperatur och högt tryck, vilket tillfredsställer kravet på metalloxidtillväxt på substratet, ökar tillväxten av NiMoO4 nanosheets eller NiFe-skiktad dubbelhydroxid förekommer på nickelskum genom den hydrotermiska reaktionsmekanismen.
Den första författaren, Dr. Yang Sha, från University of Manchester, sa:"Sådana nanostrukturer producerade av LIHR uppvisar utmärkt katalytisk aktivitet för övergripande vattenklyvning, och ännu viktigare, med överlägsen hållbarhet under en industriell strömtäthet, för majoriteten av rapporterade katalysatorer och kommersiella ädelmetallkatalysatorer. Dessutom förbättrar LIHG produktionshastigheten med över 19 gånger men förbrukar bara 27,78 % av den totala energin som krävs av konventionella hydrotermiska metoder för att uppnå samma produktion."
Professor Zhu Liu, från Chinese Academy of Science, Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, kommenterade, "LIHR rapporterades först 2013 av Yeo et al. för att producera lokala ZnO nanotrådar genom fototermiska reaktioner. Denna teknik är snabb, mångsidig och skalbar. , och kostnadseffektiv, som möjliggör direkt syntes av metalloxidnanostrukturer."
"Denna teknik har dock varit väl understuderad och dess potentiella tillämpningar har ännu inte undersökts. Vi hoppas att denna studie erbjuder en ny väg för snabb syntes av fristående elektrokatalytiska elektroder. Vi fortsätter att utöka dess tillämpningar, inklusive LIHR-tillväxten av nanostrukturerad metalloxid (ZnO, SnO2 ) tunna filmer för perovskitsolceller."
Mer information: Yang Sha et al, Mot en ny väg för snabb syntes av elektrokatalytiska elektroder via laserinducerad hydrotermisk reaktion för vattendelning, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI:10.1088/2631-7990/ad038f
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
