Сендвіч-каталізатори пропонують більш високу активність і довговічність

Сендвіч - це їжа, яку готують дворяни 18-го століття, щоб безперервно грати в карткові ігри. Потім м’ясо чи овочі накладали на шари, а потім закладали їх між хлібом, щоб їх швидко з’їли під час гри. Ця ефективна їжа також забезпечувала достатню кількість калорій та харчування. Дослідницька група POSTECH виявила, що шарування, як сендвіч, є прекрасним способом отримання водневої енергії, альтернативного джерела енергії для викопного палива.

сендвіч-каталізатори

Дослідницька група під керівництвом професора Су Су, SunWoo Jang, студента інтегрованої програми MS/PhD, та доктора Сумена Дутти з хімічного факультету POSTECH спільно розробили структурований в сендвічі каталізатор, який може ефективно генерувати енергію водню шляхом активації електроліз води. Результати дослідження нещодавно були опубліковані в міжнародному журналі Американського хімічного товариства ACS Nano.

Водневі паливні елементи - це екологічно чисті енергогенеруючі пристрої, які виробляють електроенергію за допомогою хімічних реакцій, що виробляють воду (H2O) з кисню (O2) та 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 розкладання води та отримання водню з використанням надлишкового струму, отриманого від сонячної енергії чи енергії вітру, вважається найпростішим та екологічним способом отримання водневого палива високої чистоти у великих кількостях. Однак цей спосіб має недолік - низька ефективність виробництва та висока вартість. Для того, щоб знизити ціну за одиницю водневого палива, отриманого в результаті електролізу води, необхідно розробити високоактивні та стабільні електрохімічні каталізатори, які можуть максимізувати ефективність виробництва водню.

Платина (Pt) вважається найбільш підходящим каталізатором для реакцій, що виробляють водень, але її низька спорідненість до молекул води і внаслідок цього повільна швидкість електролізу води ускладнює застосування для комерційних процесів, що відбуваються в умовах лужних електролітів. Щоб виправити ці обмеження, було зроблено багато спроб поєднати сульфід металу з наночастинками платини, що сприяють електролізу води, але нестабільна природа поверхонь платина/сульфід 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 та довговічність каталізаторів. Оригінальною методикою вирощування шару платини приблизно 1 нм на поверхні нікелю/подвійного гідроксиду заліза (ЛДГ), яка має товщину декількох нанометрів, 2D-2D наногібридні матеріали у формі бутербродів, що містять 2D-нікель/залізо -гідроксид-нанопластинки успішно синтезовані.

Синтезований сендвіч-каталізатор має синергетичну каталітичну дію між гідроксидом металу та платиною, які тісно контактують через широкий інтерфейс 2D-2D. У цей час він виявляє активність звичайного каталітичного матеріалу більш ніж у 6 разів (20% -Pt/C) і підтримує стабільну каталітичну функцію без зниження активності навіть при електролізі води, що виробляє водень, більше 50 годин.

"Сендвіч-каталізатори мають найвищий розчин лугу, що виробляє водень, каталітичну активність серед речовин, які не використовують вуглецеві носії, але набагато довговічніші, ніж аналогічні електрохімічні каталізатори, які стабільні лише від трьох до п'яти годин", - сказав професор Су Су Лі, який керував дослідження. "Ми очікуємо, що вони будуть застосовані для розробки економічно ефективного процесу виробництва водню".

Це дослідження було проведено за підтримки Програми лідерів досліджень (Creative research) Національного дослідницького фонду Кореї.