Bifunctionele CoFeP-N nanodraden gesynthetiseerd voor duurzame watersplitsing

De onderzoeksgroep van prof. Wang Qi van het Hefei Institute of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft ijzer- en stikstof-co-gedoteerde CoFeP-N nanodraden gesynthetiseerd voor hoogefficiënte elektrokatalytische watersplitsing.

Hun resultaten, gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B: Milieu en Energiedemonstreren de synthese van bifunctionele CoFeP-N nanodraden voor zowel waterstof- als zuurstofevolutie.

Bij de productie van waterstof door elektrolyse wordt water gebruikt als de enige grondstof om een ​​gesloten cyclus van waterstofgas te realiseren zonder CO2-uitstoot, wat als de groenste en meest duurzame methode wordt beschouwd. Hoge kosten beperken echter het wijdverbreide gebruik van elektrolytische waterstofproductie en vereisen kosteneffectievere en efficiëntere katalysatoren.

Vanwege hun lage kosten en hoge katalytische prestaties is aangetoond dat op transitiemetalen gebaseerde nanomaterialen, die overvloedig aanwezig zijn op aarde, brede vooruitzichten hebben als uitstekende elektrokatalysatoren.

In deze studie introduceerden de onderzoekers verschillende heteroatomen in de drager om een ​​op transitiemetaal gebaseerd nanocomposiet te vormen met behulp van een driestapssynthesemethode van hydrothermische fosfatisatie en plasmabehandeling bij lage temperatuur. Ze maakten bifocale CoFeP-N nanodraden voor waterstof- en zuurstofontwikkeling om synergetische interacties met de katalysator te bereiken.

Ze gebruikten dopingtechnologie, interface-engineering en plasmabehandeling om de prestaties van overgangsmetaalkatalysatoren potentieel beter te maken dan edelmetaalkatalysatoren, terwijl ze een goede cyclusstabiliteit handhaafden. Dit helpt de productiekosten te verlagen en industriële modernisering te bevorderen.

Nadat de CoFeP-N-katalysator in een elektrolysecel is bereid, kan de elektrokatalytische watersplitsingsprestatie die van commerciële edelmetaalelektrolysecellen onder dezelfde omstandigheden overtreffen. Bovendien kan het systeem meer dan 100 uur onafgebroken werken zonder duidelijke prestatievermindering.

Dit werk demonstreert een effectieve methode voor de bereiding van op transitiemetalen gebaseerde bifunctionele elektrokatalysatoren, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor de productie van efficiënte, stabiele en betaalbare geavanceerde en duurzame energiematerialen.