3D-geprinte, op nikkel gebaseerde elektrokatalysatoren maken zeer efficiënte waterstofontwikkeling mogelijk

Waterelektrolyse is een effectieve methode om waterstof te produceren met behulp van hernieuwbare energiebronnen. De ontwikkeling van kosteneffectieve elektrokatalysatoren voor een efficiënte en duurzame waterstofontwikkelingsreactie in alkalische media is van vitaal belang om aan de toenemende vraag naar waterstof te voldoen.

De metalen uit de platinagroep vertonen een uitstekende activiteit bij de waterstofontwikkelingsreactie, maar hun hoge kosten belemmeren hun wijdverbreide toepassing.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Tang Zhiyong en universitair hoofddocent Zhang Jie van het Shanghai Advanced Research Institute (SARI) van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuwe foto-uithardende 3D-printmethode voorgesteld om rechtstreeks gestructureerde op nikkel gebaseerde elektrokatalysatoren te vervaardigen. met unieke glutenachtige kubische structuur en sterke katalysator-substraat interactie.

De studie is gepubliceerd in Nano-energie.

Het foto-uithardende 3D-printen heeft veel lagere productiekosten dan die van het selectieve lasersmeltende 3D-printen, en een veel hogere mate van vrijheid en afdruknauwkeurigheid dan die van direct met inkt schrijven 3D-printen.

Op basis van deze technologie hebben de onderzoekers de samenstelling van de drukpasta en het nabehandelingsproces geoptimaliseerd. Het resulterende elektrodeoppervlak vertoont een glutenachtige kubische structuur, waar Ti in amorfe toestand bestaat met sterke interactie met Ni, wat leidt tot verhoogde actieve plaatsen en verbeterde elektrolytische eigenschappen.

De op maat gemaakte elektrode op nikkelbasis vertoont een uitstekende duurzaamheid en een opmerkelijk laag overpotentiaal, en overtreft de commerciële Pt/C-katalysator en de meeste geavanceerde elektrokatalysatoren.

Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie onthullen verder dat de Ti-doping de waterdissociatie-energiebarrière en waterstofenergiebarrière verlaagt, waardoor de waterstofevolutiereactie wordt verbeterd.

Dit werk biedt een nieuwe strategie om de gestructureerde edelmetaalvrije katalysatoren nauwkeurig te bereiden met verhoogde activiteit bij elektrolyse van alkalisch water. Bovendien biedt de ontwikkelde foto-uithardbare 3D-printmethode een alternatieve optie voor het vervaardigen van goedkope elektrokatalysatoren met een complexe 3D-architectuur.