Het principe en het zelforganiserende proces van dealloying van vloeibare metalen. In de voorloperlegering (AB) moeten het poriënvormende metaal (A) en de opofferingscomponent (B) respectievelijk een positieve en een negatieve enthalpie hebben bij het mengen met het smeltbad (C). Terwijl component B selectief oplost in C-smelt, organiseert de resterende component A zichzelf tot een poreuze structuur. Krediet: Takeshi Wada en Ruirui Song
Waterstof heeft de hoogste energiedichtheid (120 MJ/kg) van alle bekende stoffen, ongeveer drie keer meer dan diesel of benzine, wat betekent dat het een cruciale rol kan spelen in duurzame energiesystemen. Maar de efficiënte productie van waterstof door eenvoudige watersplitsing vereist hoogpresterende katalysatoren.
Nu heeft een samenwerkingsgroep van Tohoku University en Johns Hopkins University nanoporeuze op molybdeen gebaseerde intermetallische verbindingen ontwikkeld die de waterstofproductie zouden kunnen stimuleren.
Intermetallische verbindingen op nanoschaal gevormd uit niet-edele overgangsmetalen hebben het potentieel om kosteneffectieve en robuuste katalysatoren te zijn voor de productie van waterstof. De ontwikkeling van monolithische intermetallische verbindingen, met voldoende actieve plaatsen en voldoende elektrokatalytische activiteit, blijft echter een uitdaging voor wetenschappers.
“Ons onderzoek heeft een cruciale rol gespeeld bij het aanpakken van dat probleem”, zegt professor Hidemi Kato, van het Institute for Materials Research aan de Tohoku University en co-auteur van het onderzoek. “Door ons te concentreren op ontwerp en engineering, hebben we een geavanceerde dealloying-techniek gebruikt om de architectuur van de intermetallische verbindingen te construeren.”
Dealloying van vloeibaar metaal is een verwerkingstechniek die gebruik maakt van het verschil in mengbaarheid van legeringscomponenten in een gesmolten metaalbad om geselecteerde component(en) te corroderen, terwijl de andere behouden blijven. Het zorgt voor zelforganisatie in een driedimensionale poreuze structuur.
Bovendien maakt het het mogelijk om de poriegrootte te regelen op nanometerschaal voor zowel μ-Co7Mo6 en μ-Fe7Mo6die over het algemeen op micrometerschaal liggen voor de andere metalen/legeringen wanneer de vergroving plaatsvindt bij equivalente temperaturen.
De samenwerkende groep onderzocht vervolgens de elektrokatalytische prestaties van de nieuwe nanoporeuze intermetallische verbindingen. Het toonde veelbelovend en potentieel voor gebruik als commerciële HER-katalysator voor toepassingen met hoge stroomsterkte.
De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 2 september 2022.
Vooruitkijkend hoopt de onderzoeksgroep het gebruik van vloeibare metaal-dealloying om meer monolithische nanoporeuze intermetallische verbindingen te ontwikkelen door de fundamentele mechanismen achter algemene intermetallische fasen te onderzoeken.
Ruirui Song et al, Ultrafijne nanoporeuze intermetallische katalysatoren door vloeibare metaaldeloying bij hoge temperatuur voor elektrochemische waterstofproductie, Natuurcommunicatie (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32768-1
Natuurcommunicatie
Geleverd door Tohoku University
