マレーシアの厦門大学にあるNaNoエネルギー・触媒技術センター（CONNECT）の研究者らは、貴金属を含まない電気触媒が水からの水素発生効率を向上させることを発見しました。彼らは、WS2/N-rGO/CCと呼ばれる高効率な水電気触媒の開発に成功しました。この先進的な電気触媒は、電気分解中に水素発生反応（HER）において優れた性能を発揮します。この電極は、高価な触媒や添加剤を使用せずにコストを削減し、水素生成効率を最大化します。この発見は、電気化学活性を高めるものと期待され、マレーシアの国家的な取り組みに大きく貢献するでしょう。
マレーシアの厦門大学にあるNaNoエネルギー・触媒技術センター（CONNECT）の研究者らは、耐久性と効率性に優れた水電気触媒を開発した。この触媒は、半導体特性を持つ二次元材料である二硫化タングステン（WS2）でできており、電気分解プロセスにおいて電子受容体または電子供与体として機能する。
WS2/N-rGO/CCと呼ばれる高度な電気触媒は、カーボンクロス（CC）上に精巧に作製されます。この材料は、還元型酸化グラフェン（rGO）の優れた特性と微量の窒素（N）の注入を組み合わせたものです。これにより、還元型酸化グラフェン半導体が変化し、二次元格子半導体が形成されます。
水素ガスを燃料として燃やしても地球温暖化は起こりません。しかし、現在使用されている水素ガスのほとんどは化石燃料から作られており、温室効果ガスを排出します。将来的にカーボン ニュートラルを達成するには、電気で水分子を分解するなど、クリーンな資源から水素を生成することが重要です。しかし、現在の方法は非効率的であり、水素ベースの技術の実用化を制限しています。
改良された電気触媒は、電気分解による水素ガス生成効率を向上させる。これは、電気化学的活性、反応表面積、および耐久性を高めることによって実現される。
水熱反応によって、二次元WS2の構造は、三次元の花状構造であるナノフラワーへと変換される。これらのナノフラワーは、電気触媒の表面積の増加など、優れた特性を備えている。その結果、反応効率が大幅に向上し、全体的な性能が著しく改善される。
論文の筆頭著者であるフェン・ミン・ヤップ氏は、「水の加水分解における水素発生反応用の自立型電極を合成することは、クリーンエネルギー生産における根本的な課題に取り組む上で非常に重要です。従来の方法では、高価な触媒や担体に依存することが多く、水素生産の効率と拡張性を制限する可能性があります」と述べています。
彼はさらに、「私たちの研究は、電気触媒活性を高めるだけでなく、水素生成のための費用対効果が高く持続可能なソリューションを提供する自己支持型電極を開発することで、大きな進歩を遂げたものです」と付け加えた。フェン・ミン・ヤップ氏は、マレーシアのセランゴール州にある厦門大学マレーシア校のエネルギー・化学工学部の大学院生でもある。
WS2/N-rGO/CCは、電気触媒の活性種である二硫化タングステンを導電性材料に直接組み込んでいるため、自己支持型電極とみなされます。これにより、触媒の活性部位を覆い隠したり、電子伝導を阻害したりする可能性のあるポリマーバインダーや添加剤が不要になります。結果として、反応効率が最大化され、性能が向上します。
WS1の望ましい金属2T相転移を達成するためのジメチルホルムアミド（DMF）の最適濃度を決定するために、研究チームは最終的な水熱合成反応に異なる量のDMFを組み込む実験を実施しました。
水中の 50% DMF 濃度で作られた電極は、0、25、75、100% DMF 溶液で作られた電極と比較して、より優れた品質を示しました。したがって、貴金属を含まない電気触媒は、水からの水素発生の効率を向上させる可能性が高いです。
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本プロジェクトの責任者であり、厦門大学マレーシア校エネルギー化学工学部の准教授であるウィージュン・オン氏は、「私たちの電極は幅広いpH条件下で効率的に水素を生成できるため、様々な実用的な用途に幅広く対応できます。これは、よりクリーンなエネルギーの未来に不可欠な、持続可能で効率的な水素生産に向けた一歩です」と述べています。
最も重要な点として、 50% WGCをベースとした電気触媒は、酸性および塩基性条件の両方において、水素発生反応（HER）において、白金ベンチマーク電気触媒である20% Pt-C/CCと比較して優れた性能を示しました。特に、50% WGCは20% Pt-C/CCと比較して過電圧が著しく低く、水の分解に必要なエネルギーが低いことを示しています。具体的には、50% WGCの過電圧は21.13 mVと非常に低い値を示したのに対し、20% Pt-C/CCの過電圧は46.03 mVとより高い値でした。
研究チームによると、50% WGSのような費用対効果が高くエネルギー効率の良い電気触媒の開発は、世界のクリーンエネルギー目標の達成において非常に重要である。この研究は、マレーシアの国家イニシアチブ、特に国家エネルギー移行ロードマップ（NETR）と水素経済技術ロードマップ（HETR）の不可欠な一部であり、今後5年間でマレーシアの持続可能なエネルギー目標に効果的に貢献することを目的としている。
「私たちは、自社開発の自己支持型電極技術の拡張性と実用化の可能性を探ることを目指しています。最終的な目標は、水素がクリーンで再生可能なエネルギー源として重要な役割を果たす、持続可能なエネルギー環境への移行に貢献することです」とオン氏は述べた。
マレーシアの厦門大学の研究者であるJian Yiing Loh氏は、マレーシアのセランゴール州にあるエネルギー・化学工学部およびNaNoエネルギー・触媒技術センター（CONNECT）で行われた研究において重要な役割を果たした。
