I en betydelig fremgang for teknologier til vedvarende energi er der udviklet en ny katalysator, der dramatisk forbedrer effektiviteten og stabiliteten af iltudviklingsreaktionen (OER) i sure medier, en kritisk proces til vandopdeling og brintproduktion.
Forskningen afslørede en ternær oxidkatalysator – RU3Zn0,85W0,15Ox (RZW) – Designet til at tackle de mangeårige udfordringer ved at opnå høj katalytisk aktivitet og holdbarhed under sure forhold.
Detaljer om forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition.
OER, en nøgleaktion i vandopdeling, spiller en central rolle i generering af grønt brint, der har løftet om en bæredygtig og kulstoffri energiløsning. Imidlertid kæmper konventionelle katalysatorer ofte for at opretholde både høj ydeevne og stabilitet i sure miljøer.
Denne nye katalysator, RZW, udnytter de unikke elektronoptagende egenskaber ved wolfram (W) og offerens opførsel af zink (Zn) for at forbedre OER-ydeevnen.
Undersøgelsen afslører, at zink under den indledende OER -proces opløses zink fra katalysatoren og frigiver elektroner, der er fanget af wolframarter. Dette resulterer i elektronakkumulering på ruthenium (Ru) -steder, hvilket forbedrer den katalytiske aktivitet.
På trods af opløsningen af zink opretholder katalysatoren sin strukturelle integritet og katalytiske effektivitet takket være den stabiliserende rolle af wolfram, som fortrinsvis optager brosteder og bevarer de aktive RU -konfigurationer.
Ved at anvende en kombination af avancerede eksperimentelle teknikker-inklusive røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), højopløsningsoverførselselektronmikroskopi (HRTEM) og Fourier-Transform Extended X-Ray Absorption Fine Structure (FT-EXAFS)-Sammenhængende teoretisk densitet Funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel funktionel Teori (DFT) beregninger, forskerteamet undersøgte de strukturelle og elektroniske egenskaber ved katalysatoren under OER -forhold.
Resultaterne viser, at den hurtige opløsning af zink signifikant bidrager til forbedret elektronoverførsel, hvilket forbedrer både OER-aktiviteten og den langsigtede stabilitet af katalysatoren.
“Dette gennembrud demonstrerer, hvordan strategisk doping med wolfram og brugen af offermetaller som zink i høj grad kan forbedre ydelsen af OER-katalysatorer,” sagde Hao Li, lektor ved Tohoku University’s Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) og svarende forfatter til papiret.
“Vores fund antyder, at denne tilgang tilbyder en lovende vej til udvikling af højtydende, omkostningseffektive katalysatorer for grøn brintproduktion, som er afgørende i overgangen til vedvarende energi.”
Forskningen er blevet gjort tilgængelig via den digitale katalyseplatform (DIGCAT), den største eksperimentelle katalysedatabase til dato, udviklet af Hao Li Lab.
Det næste trin for denne forskning er at teste RZW-katalysatoren i fulde elektrolysersystemer for at vurdere dens ydeevne i den virkelige verden applikationer. Ved at bygge bro over kløften mellem grundlæggende forskning og praktisk implementering sigter teamet at bidrage til udviklingen af mere effektive og skalerbare brintproduktionsteknologier.