För att förbättra tillgängligheten för vätgasdrivna fordon och etablera vätgas som en livskraftig energikälla är det absolut nödvändigt att minska kostnaderna för vätgasproduktion och därigenom uppnå ekonomisk genomförbarhet. För att uppnå detta mål är det avgörande att maximera effektiviteten av elektrolys-väteutveckling, den process som är ansvarig för att producera väte från vatten.
Nyligen uppnådde ett team av forskare bestående av professor In Su Lee, forskningsprofessor Soumen Dutta och Byeong Su Gu från Institutionen för kemi vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) en betydande förbättring av produktionseffektiviteten för väte, en grön energikälla , genom utvecklingen av en platinananokatalysator. De åstadkom denna bedrift genom att deponera två olika metaller på ett stegvis sätt.
Resultaten av deras forskning publicerades i Angewandte Chemie .
Att deponera distinkta material selektivt på specifika platser på en katalysatoryta, vars storlek är i nanometerintervallet, innebär stora utmaningar. Oavsiktliga avsättningar kan blockera katalysatorns aktiva platser eller störa varandras funktioner. Denna situation har förhindrat samtidig avsättning av nickel och palladium på ett enda material. Nickel är ansvarigt för att aktivera vattenspjälkning medan palladium underlättar omvandlingen av vätejoner till vätemolekyler.
Forskargruppen utvecklade en ny nanoreaktor för att finkontrollera platsen för metaller som deponerats på en 2D platt nanokristall. Dessutom utarbetade de en nanoskalad finavsättningsprocess, som möjliggör täckning av olika aspekter av 2D-platinananokristallen med olika material.
Detta nya tillvägagångssätt ledde till utvecklingen av "platina-nickel-palladium" hybridkatalysatormaterial av tre metaller som uppnåddes genom konsekutiva avsättningar som selektivt täcker den plana ytan och kanten av 2D-platinananokristallen med palladium respektive nickelnano-tunna filmer.
Hybridkatalysatorn hade distinkta nickel/platina- och palladium/platina-gränssnitt placerade för att underlätta vattenspjälkning respektive vätemolekylgenereringsprocesser. Följaktligen ökade den samverkande förekomsten av dessa två olika processer avsevärt effektiviteten av elektrolys-väteutveckling.
Forskningsresultaten visade att tremetallhybridnanokatalysatorn uppvisade 7,9-faldig ökning av katalytisk aktivitet jämfört med den konventionella platina-kolkatalysatorn. Dessutom visade den nya katalysatorn betydande stabilitet och bibehöll sin höga katalytiska aktivitet även efter en förlängd 50-timmars reaktionstid. Detta löste problemet med funktionella störningar eller kollisioner mellan heterogränssnitt.
Professor In Su Lee, som ledde forskningen, säger:"Vi har framgångsrikt utvecklat harmoniska heterogränssnitt bildade på ett hybridmaterial och övervunnit processens utmaningar." Han tillade vidare, "Jag hoppas att forskningsresultaten kommer att finna utbredd tillämpning i utvecklingen av katalytiska material optimerade för vätereaktioner."
Mer information: Byeong Su Gu et al, Harmonious Heterointerfaces Formed on 2D-Pt Nanodendrites by Facet-Respective Stepwise Metal Deposition for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202307816
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
