高稳定性水电解催化剂用于生产氢气和氧气

2021-05-20 16:26:08
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最近一项与UNIST有关的研究提出了水电解的高级催化剂,能够同时产生氢气和氧气。据研究小组介绍,到目前为止报道的催化剂中,这些催化剂最稳定,易于创造,价格实惠且性能优异。

在这项研究中,Histong-seong Park教授与UN Taist Kim教授和UNIST能源与化学工程学院的Sang-kyu Kwak教授共同介绍了一种包含钙钛矿氧化物的异质结构(La 0.5 Sr 0.5 CoO 3-δ,LSC) )和二硒化钼(MoSe 2)作为整体水电解的电化学催化剂。研究小组表示,这种新型催化剂易于合成,可以大规模生产。

水电解技术被认为是可持续制氢的最环保,最有效的方式。这是一种成熟的技术,已经用于由于电流通过而将水分解成氧气和氢气。此时,需要用于辅助水分解反应的催化剂。先前的研究已经报道贵金属基催化剂,例如铂(Pt)或铱(Ir)显示出优异的催化性能。然而,由于高成本和低稳定性,贵金属基催化剂的商业化是困难的。

图片来源:ResearchSEA

在这项研究中,研究小组报告了一种简单的方法(球磨技术),用于合成异质结构催化剂,其中钙钛矿氧化物(LSC)和二硒化钼(MoSe 2)被放置在容器中,然后用钢金属轧制。新催化剂的性能接近贵金属基催化剂的性能,用于氢气和氧气的生成。与其他贵金属基催化剂不同的是,新催化剂在两面都表现出优异的催化性能。

特殊地,所提出的催化剂在100mA cm -2的高电流密度下在1000小时内表现出优异的总水电解稳定性。先前报道的催化剂即使在50mA的电流密度下也遭受电极损坏。

据说“过渡金属二硫化物(TMDs)具有优异的稳定性,因此已经有一些研究,使用TMDs作为水电解的催化剂。然而,很难将TMD的微观导电性能改变为电流的金属性质。可以自由流动,“该研究的第一作者,UNIST能源与化学工程博士课程的Nam Khen Oh说。“在这项研究中,一些TMD在两种材料的合成过程中转化为金属性质,这大大提高了催化剂的性能和稳定性。”

图片来源:ResearchSEA

在这项工作中首次发现了LSC和MoSe 2异质结构中独特的半导体 - 金属结构相变离子,因此已经在实验和理论上得到了鉴定。随着电子从LSC移动到MoSe 2,TMD的一些结构发生变化,然后半导体特性变为金属特性。

“随着电子在过渡金属硫属元素化物和钙钛矿氧化物之间移动,部分浮现的相变现象将为过渡金属硫属元素化物的相变提供新的视角,”Park教授说。“我们预计所提出的催化剂设计可与各种化合物结合使用,因此潜力无限。”

他们的研究结果将为电解溶液催化剂的研究提供新的见解,该催化剂向来专注于金属基催化剂。“最近,大多数碱性水热技术都专注于开辟基于金属的氢生产反应催化剂,”Changmin Kim在综合MS / Ph.D.中说。UNIST的能源与化学工程专业,本研究的第一位合着者。“作为氧气生成反应的催化剂,已经成为水分解反应的支柱,已经推出了具有高性能的新催化剂,相关技术将得到进一步进展。”

“加氢处理催化剂的商业化需要简单的合成,膨胀,再现性,低成本,高性能和高稳定性,”Kim教授说。“我们的新催化剂有望满足这些要求。”

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