Исследователи из Центра передового опыта в области нанотехнологий и катализа (CONNECT) Сямэньского университета в Малайзии обнаружили, что электрокатализатор, не содержащий благородных металлов, повышает эффективность выделения водорода из воды. Они успешно разработали высокоэффективный электрокатализатор для воды под названием WS2/N-rGO/CC. В процессе электролиза этот усовершенствованный электрокатализатор демонстрирует замечательные результаты в реакции выделения водорода (HER). Этот электрод снижает затраты и максимизирует эффективность генерации водорода без дорогостоящих катализаторов или добавок. Считается, что это открытие повысит электрохимическую активность и внесет значительный вклад в национальные инициативы Малайзии.
Исследователи из Центра передового опыта в области наноэлектроники и каталитических технологий (CONNECT) Сямэньского университета в Малайзии разработали долговечный и эффективный электрокатализатор для воды . Он изготовлен из материала под названием дисульфид вольфрама (WS2) , который представляет собой двумерный материал с полупроводниковыми свойствами. Этот материал выступает в качестве акцептора или донора электронов в процессе электролиза.
Высокотехнологичный электрокатализатор, известный как WS2/N-rGO/CC , тщательно создан на основе углеродной ткани (CC). Этот материал сочетает в себе исключительные свойства восстановленного оксида графена (rGO) с добавлением небольшого количества азота (N). В результате получается трансформированный полупроводник из восстановленного оксида графена, образующий двумерную решетчатую полупроводниковую структуру.
Сжигание водорода в качестве топлива не вызывает глобального потепления. Однако большая часть водорода сегодня производится из ископаемого топлива, которое выделяет парниковые газы. Для достижения углеродной нейтральности в будущем важно получать водород из чистых источников, таких как расщепление молекул воды с помощью электричества. Однако существующие методы неэффективны и ограничивают практическое использование технологий на основе водорода.
Усовершенствованный электрокатализатор повышает эффективность производства водорода методом электролиза. Это достигается за счет повышения электрохимической активности, площади реакционной поверхности и долговечности.
В результате гидротермической реакции двумерная структура WS2 может быть преобразована в наноцветы, представляющие собой трехмерные цветоподобные образования. Эти наноцветы обладают замечательными свойствами, включая увеличение площади поверхности для электрокатализатора. В результате они значительно повышают эффективность реакции, что приводит к существенному улучшению общих характеристик.
Ведущий автор статьи, Фэн Мин Яп , сказал: «Синтез самоподдерживающегося электрода для реакции выделения водорода при гидролизе воды имеет решающее значение, поскольку он решает фундаментальную проблему в производстве чистой энергии. Традиционные методы часто основаны на дорогостоящих катализаторах и носителях, что может ограничивать эффективность и масштабируемость производства водорода».
Он также добавил: «Наша работа представляет собой значительный шаг вперед, поскольку мы создали самоподдерживающийся электрод, который не только повышает электрокаталитическую активность, но и предлагает экономически эффективное и устойчивое решение для получения водорода». Фэн Мин Яп также является аспирантом Школы энергетики и химической инженерии Сямэньского университета в Малайзии, штат Селангор-Дарул-Эхсан.
Электрод WS2/N-rGO/CC считается самоподдерживающимся, поскольку активные частицы электрокатализатора, дисульфид вольфрама, непосредственно включены в проводящие материалы. Это устраняет необходимость в полимерных связующих или добавках, которые могли бы маскировать активные центры катализатора или препятствовать проводимости электронов. В результате повышается эффективность реакции , что приводит к улучшению характеристик.
Чтобы определить оптимальную концентрацию диметилформамида (ДМФ) для достижения желаемого металлического фазового перехода 1T WS2, исследовательская группа провела эксперименты, включая различные количества ДМФ в конечную реакцию гидротермального синтеза.
Электрод, изготовленный с 50% концентрацией ДМФ в воде, показал лучшие качества по сравнению с электродами, изготовленными с 0, 25, 75 и 100 процентными растворами ДМФ. Таким образом, весьма вероятно, что электрокатализатор без благородных металлов повышает эффективность выделения водорода из воды.
См. также : Морская вода обеспечит бесконечный запас экологически чистого водорода в условиях дефицита пресной воды.
Руководитель проекта и доцент Школы энергетики и химической инженерии Сямэньского университета в Малайзии, Ви-Джун Онг , сказал: «Наш электрод может эффективно производить водород в широком диапазоне значений pH, что делает его универсальным и адаптируемым для различных практических применений. Это шаг к устойчивому и эффективному производству водорода, что имеет важное значение для более чистого энергетического будущего».
Что наиболее важно, электрокатализатор на основе 50% WGC продемонстрировал превосходные характеристики по сравнению с эталонным платиновым электрокатализатором, которым был 20% Pt-C/CC, для реакции выделения водорода как в кислых, так и в щелочных условиях. Примечательно, что 50% WGC показал значительно более низкое перенапряжение, что указывает на меньшие энергетические затраты на расщепление воды, по сравнению с 20% Pt-C/CC. В частности, перенапряжение для 50% WGC составило впечатляющие 21.13 мВ, в то время как у 20% Pt-C/CC оно было выше — 46.03 мВ.
По мнению исследовательской группы , важность разработки экономически эффективных и энергосберегающих электрокатализаторов, таких как 50% WGS, невозможно переоценить с точки зрения достижения глобальных целей в области чистой энергии. Это исследование является неотъемлемой частью национальных инициатив Малайзии, в частности, Национальной дорожной карты энергетического перехода (NETR) и Дорожной карты водородной экономики и технологий (HETR) . Его цель — эффективно способствовать достижению целей Малайзии в области устойчивой энергетики в течение следующих пяти лет.
«Наша цель — изучить масштабируемость и практическую реализацию нашей технологии самоподдерживающихся электродов. Наша конечная задача — внести вклад в переход к устойчивой энергетической системе, где водород сможет играть решающую роль в качестве чистого и возобновляемого источника энергии», — сказал Онг.
Цзянь Иин Лох , исследователь из Сямэньского университета в Малайзии, сыграл важную роль в исследовании, проведенном в Школе энергетики и химической инженерии и Центре передового опыта в области наноэнергетики и каталитических технологий (CONNECT) в штате Селангор Дарул Эхсан, Малайзия.
Источник : pH-универсальное электрокаталитическое выделение водорода
