Исследователи сообщают, что преднамеренные дефекты улучшают реакцию

Дефект – это не всегда плохо. На самом деле, когда дело доходит до улучшения процесса электрокатализа, который производит экологически чистый газообразный водород, это может быть очень хорошо. Исследователи из Китая разработали электрокатализатор, который ускоряет желаемую реакцию, как с аморфной, так и с кристаллической архитектурой, содержащей дефекты в атомной структуре. Дефекты позволяют электрокатализатору запускать «превосходную» реакционную активность, сообщила команда.

Они опубликовали свои результаты 15 мая в журнале Nano Research Energy.

«Получение водорода в результате электролиза воды — или использования электрического тока для расщепления воды и отделения водорода от кислорода — с помощью возобновляемых источников энергии является многообещающей технологией в смягчении и решении кризиса энергетики и окружающей среды», — сказал Цуйлин Ли, профессор Китайской академии. Технического института физики и химии наук, который также является филиалом Пекинского технологического института и Технологического института Биньчжоу.

Реакция выделения кислорода — это анодная реакция электролиза воды, при которой постоянный ток вызывает химическую реакцию, которая отделяет молекулы кислорода от молекул воды. Однако Ли назвал эту реакцию «вялым процессом», и она ограничивает электролиз воды как устойчивый механизм производства газообразного водорода. По словам Ли, реакция выделения кислорода протекает медленно, поскольку для запуска процесса переноса молекулами своих компонентов требуется много энергии, но ее можно ускорить с меньшими затратами энергии, если интегрировать ее с более эффективными катализаторами.

«Использование эффективных электрокатализаторов для реакции выделения кислорода имеет первостепенное значение для разработки электрохимических устройств для преобразования экологически чистой энергии», — сказал Ли.

Исследователи обратились к оксиду рутения, более дешевому катализатору, который меньше прилипает к реагентам и промежуточным продуктам, чем другие катализаторы.

«Сообщалось о наноматериалах на основе оксида рутения с лучшими характеристиками реакции выделения кислорода по сравнению с коммерческими продуктами, в то время как срочно необходимы и в значительной степени неисследованные стратегии разработки более сложных электрокатализаторов, обеспечивающих более эффективные каталитические характеристики», — сказал Ли.

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи синтезировали пористые частицы оксида рутения. Затем они обработали частицы, чтобы получить рационально регулируемые гетерофазы, то есть частицы содержат разную архитектуру, интегрированную вместе. По словам Ли, пористая и гетерофазная структура создает дефекты — по сути, трещины в атомной структуре — которые позволяют более активным местам реакции выделения кислорода протекать с большей эффективностью.

«Благодаря многочисленным дефектам, границам кристаллов и доступности активных центров полученных образцов были продемонстрированы превосходные характеристики реакции выделения кислорода», — сказал Ли, объяснив, что разработанные электрокатализаторы не только обеспечивают лучшую реакцию выделения кислорода, но и с меньшими затратами. электричество, питающее этот процесс. «Это исследование демонстрирует важность фазовой инженерии и открывает новый путь для разработки и синтеза катализаторов, сочетающих стратегии».

Другими участниками являются Чэнмин Ван, Цинхун Гэн, Лунлун Фань, Цзюнь-Сюань Ли и Лиан Ма, все из Ключевой лаборатории кластерной науки Министерства образования, Пекинской ключевой лаборатории фотоэлектронных/электронных конверсионных материалов, Школы химии и химической инженерии, Пекинский технологический институт.

Центр анализа и испытаний Пекинского технологического института предоставил техническую поддержку этому исследованию.

##

О наноисследованиях энергетики

Nano Research Energy запускается издательством Университета Цинхуа с целью стать международным междисциплинарным журналом с открытым доступом. Мы будем публиковать исследования о передовых наноматериалах и нанотехнологиях для энергетики. Он посвящен изучению различных аспектов исследований, связанных с энергетикой, в которых используются наноматериалы и нанотехнологии, включая, помимо прочего, производство энергии, преобразование, хранение, сохранение, чистую энергию и т. д. Nano Research Energy опубликует четыре типа рукописей, а именно: Коммуникации, научные статьи, обзоры и перспективы в форме открытого доступа.