韩国团队开发高效持久的电催化剂以促进电解制氢

用于生产氢的常规水电解法面临技术挑战,以提高对于缓慢的氧气生成反应(OER)的水分解反应的效率。使用贵金属基氧化钌(RuO 2)和氧化铱(IrO 2)来提高氧气的产生速率。然而,这些贵金属催化剂非常昂贵,并且在长期操作下显示出差的稳定性。

现在,由位于韩国成均馆大学基础科学研究所(IBS)的综合纳米结构物理中心的副主任LEE Hyoyoung领导的研究人员开发了一种高效且持久的使用钴进行水氧化的电催化剂,以提高电解制氢效率。在RSC的《能源与环境科学》杂志上发表了有关他们工作的公开论文

韩国团队开发高效持久的电催化剂以促进电解氢的生产

表面富氧金属合金的晶体结构(左上方)。在水电解反应过程中会产生氧气和氢气(右上)。设计的催化剂在最小的超电势下(底部)显示出最佳的氧气释放活性。


我们使用两亲嵌段共聚物来控制我们的单个钌(Ru)原子-双金属合金中的静电吸引。共聚物有助于烃分子球形簇的合成,其可溶性和不溶性链段形成核和壳。在这项研究中,他们倾向于独特的化学结构,可以合成“高性能”单原子钌合金,该合金存在于被多孔,有缺陷和石墨碳壳包围的稳定钴铁(Co-Fe)金属复合材料的顶部。—研究的共同第一作者LEE Jinsun 和 Kumar Ashwani,

我们很高兴地发现,在合成过程中被吸收的Co-Fe合金表面上预先吸附的表面氧稳定了氧气生成反应过程中的重要中间体(OOH *)之一,从而提高了催化反应的整体效率。在我们发现之前,预吸收的表面氧一直没有引起人们的兴趣。—李副主任,通讯作者

研究人员发现,在氩气气氛中,在750°C下进行四个小时的退火是制氧过程的最佳条件。除了主体金属表面上的反应友好型环境外,发生氧气生成的单个Ru原子还通过降低能垒,协同提高氧气释放效率来发挥其作用。

该研究小组根据析氧反应所需的过电压指标评估了催化效率。先进的贵金属电催化剂仅需180 mV(毫伏)的过电压即可达到每cm 2催化剂10 mA(毫安)的电流密度,而氧化钌则需要298 mV。另外,单一Ru原子-双金属合金显示了100小时的长期稳定性,而没有任何结构变化。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

此外,具有石墨碳的钴铁合金还补偿了电导率并提高了氧气的释放速率。

这项研究使我们向无碳和绿色氢经济靠拢了一步。这种高效且廉价的制氧电催化剂将帮助我们克服化石燃料提炼过程的长期挑战:以低价和环保的方式生产用于商业应用的高纯度氢气。—Lee副总监

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