17.06.2022 - POSTECH - Pohang University of Science and Technology

Zweischichtiger Katalysator erzeugt mehr Wasserstoff

Das Ang-Butter-Brot, das durch die Schichtung von Butter und rotem Bohnenaufstrich hergestellt wird, erzeugt einen neuen Geschmack, indem es die Weichheit der Butter mit der Süße der roten Bohnen kombiniert. Auch wasserstofferzeugende Katalysatoren können Synergieeffekte erzeugen, wenn verschiedene Materialien mit ihren einzigartigen Eigenschaften übereinander geschichtet werden. Kürzlich hat ein koreanisches Forscherteam eine Technologie entwickelt, mit der die Effizienz der Wasserstofferzeugung durch Abflachung von Platin (Pt) auf der Oberfläche von NiFe-Doppelhydroxidschichten (LDH) verbessert wird.

Diese Studie, die vor kurzem in einer ergänzenden Ausgabe des Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, wurde von einem POSTECH-Forschungsteam unter der Leitung von Professor In Su Lee, Forschungsprofessor Soumen Dutta und Dr. Yu-Rim Hong (Fachbereich Chemie) in Zusammenarbeit mit Professor Si-Young Choi (Fachbereich Materialwissenschaft und Ingenieurwesen) und Professor Jeong Woo Han (Fachbereich Chemieingenieurwesen) durchgeführt.

Platin verbindet sich gut mit Wasserstoff und wird oft als der beste Katalysator für die Wasserstofferzeugung angesehen. Da die Fähigkeit von Platin, Wasser zu zersetzen, jedoch schlecht ist, wurden Forschungsarbeiten durchgeführt, um diese Fähigkeit durch die Kombination von Platin mit Eisen- und Nickelhydroxid zu verbessern.

Das Team von Professor In Su Lee hat bereits ein Sandwich-Hybridmaterial synthetisiert, bei dem zweidimensionale (2D) NiFe-Hydroxid-Nanoplättchen zwischen porösen 2D-Platin-Nanoplättchen eingebettet sind. Dieses Material wurde durch eine erfinderische Methode hergestellt, bei der eine Platinschicht von ~1 nm auf der Oberfläche von NiFe-Hydroxid mit einer Dicke von mehreren Nanometern (nm; 1 nm = 1 Milliardstel Meter) aufgewachsen ist.

In dieser Studie wurde eine Methode zur Synthese der Platinschicht durch separates Verdünnen verwendet. Damit sollte die Einschränkung des ungleichmäßigen Wachstums der Platinschicht auf der NiFe-Hydroxid-Oberfläche überwunden werden.

Die Forscher stellten sicher, dass sowohl die obere als auch die untere Kristallebene des Platins als flache Oberfläche in einem begrenzten 2D-Nanoraum wuchs, um effektiver mit Eisen- und Nickelhydroxid zu reagieren. In diesem Katalysator kommt es zu einem Komplementäreffekt zwischen NiFe-Hydroxid und Platin, die an einer breiten Grenzfläche eng miteinander verbunden sind.

In dieser Studie ist die Aktivität des entwickelten Katalysators 11,2 Mal höher als die des herkömmlichen Katalysatormaterials (20 Gew.-% Pt/C) und seine Funktion war lange Zeit stabil. Dieses Ergebnis, das die Effizienz der Wasserstofferzeugung durch eine innovative Katalysatorsynthesemethode verbesserte, dürfte einen wichtigen Beitrag zum künftigen Katalysatorbereich leisten.

Professor In Su Lee sagte: "Dieser Katalysator zeigt die höchste Aktivität und Stabilität unter den Katalysatormaterialien für die alkalische Wasserelektrolyse und dürfte die Erzeugung von grünem Wasserstoff, der als wichtigste kohlenstoffarme Energiequelle gilt, erheblich steigern."

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