Сендвіч-структурований каталізатор може ефективно генерувати енергію водню
Сендвіч - це їжа, яку готували дворяни 18 століття, щоб безперервно грати в карткові ігри. М’ясо або овочі накладали один на одного, а потім розподіляли між хлібом, щоб його швидко з’їли під час участі в грі.Ця ефективна їжа також забезпечувала достатню кількість калорій та поживних речовин.
Дослідницька група POSTECH виявила, що стравифікація, схожа на сандвіч, є прекрасним способом отримання енергії водню, альтернативного джерела енергії для викопного палива.
Дослідницька група під керівництвом професора Су Лі, SunWoo Jang, студента інтегрованої програми MS/PhD, та доктора Сумена Дутти з хімічного факультету POSTECH спільно розробили структурований сандвіч-каталізатор, який може ефективно генерувати "енергію водню шляхом активації електролізу води".
Результати дослідження нещодавно були опубліковані в міжнародному журналі Американського хімічного товариства ACS Nano.
Водневі паливні елементи - це екологічно чисті пристрої для виробництва електроенергії, які виробляють електроенергію за допомогою хімічних реакцій, що виробляють воду (H2O) з кисню (O2) та l 'водню (H2). З недавнім випуском транспортних засобів, що працюють на водні, та розповсюдженням водневих паливних елементів у домашніх господарствах, водень широко розглядається як джерело енергії наступного покоління, що замінює викопне паливо.
Спосіб розщеплення води та отримання водню з використанням надлишкового струму, отриманого від сонячної енергії або енергії вітру, вважається найпростішим і екологічно чистим способом отримання водню високої чистоти у великих кількостях.
Однак недолік цього методу полягає у низькій ефективності виробництва та високій вартості. Для того, щоб знизити ціну за одиницю водневого палива, що отримується при електролізі води, необхідно розробити високоактивні та стабільні електрохімічні каталізатори, які можуть максимізувати ефективність виробництва водню.
Платина (Pt) вважається найбільш підходящим каталізатором для реакцій виробництва водню, але її низька спорідненість до молекул води та низька швидкість електролізу води ускладнюють застосування у бізнес-процесах, що відбуваються в умовах лужних електролітів.
Щоб компенсувати ці обмеження, було зроблено багато спроб поєднати сульфід металу з наночастинками платини, що сприяють електролізу води, але нестабільність поверхонь платини/сульфіду металу створює ще одну слабкість, яка значно зменшує довговічність каталізаторів.
У відповідь дослідницька група розробила двовимірну форму інтерфейсу платина/метал-гідроксид, щоб одночасно підвищити ефективність каталізатора та довговічність.
В оригінальній техніці вирощування шару платини приблизно 1 нм на поверхні подвійного гідроксиду нікелю/заліза (ЛДГ), товщиною 2 нд-2D наногібридні матеріали у вигляді бутербродів, що містять 2D-нікель/залізо, 2D-2D, - гідроксид-нанопластинки успішно синтезовані.
Синтезований сендвіч-каталізатор має синергетичний каталітичний ефект між гідроксидом металу та платиною, які тісно контактують через широкий 2D-2D інтерфейс.
У цей час він виявляє активність звичайного каталітичного матеріалу більш ніж у 6 разів (20% -Pt/C) і підтримує стабільну каталітичну функцію без зменшення активності навіть при електролізі води, що виробляє водень, понад 50 годин.
Сендвіч-каталізатори мають найвищу каталітичну активність у виробництві водню в лужному розчині серед речовин, які не використовують вуглецеві носії, але є значно довговічнішими, ніж аналогічні електрохімічні каталізатори, стійкі лише від трьох до п’яти годин. Ми очікуємо, що вони будуть застосовані при розробці економічно ефективного процесу отримання водню ".
У Су Лі, керівник дослідження та професор кафедри хімії Університету науки і техніки Поханг
Університет науки і техніки Поханга