Die Suche nach nachhaltigen und erschwinglichen Energieumwandlungstechnologien hat die Bedeutung der Sauerstoffreduktions- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen (ORR und OER) hervorgehoben. Diese Prozesse sind für die Effizienz von Geräten wie Brennstoffzellen und Elektrolyseuren von entscheidender Bedeutung, basieren jedoch traditionell auf teuren Edelmetallen als Katalysatoren. Diese Abhängigkeit stellt erhebliche Hindernisse für eine breitere Akzeptanz und Skalierbarkeit dar.
In einer Rezension veröffentlicht im Tagebuch eSciencehat ein Forscherteam der Technischen Universität Dresden den großen Fortschritt bei der Entwicklung effektiver und erschwinglicher Elektrokatalysatoren ohne den Einsatz von Edelmetallen für die Sauerstoffelektrokatalyse in alkalischen Elektrolyten untersucht.
Die Übersicht bietet eine eingehende Analyse edelmetallfreier Katalysatoren und konzentriert sich dabei auf drei Hauptkategorien: Übergangsmetallverbindungen, Einzelatomkatalysatoren und völlig metallfreie Optionen. Die Forscher nutzten mehrere innovative Strategien, um die Wirksamkeit dieser Katalysatoren für die Sauerstoffelektrokatalyse zu verbessern, die für Energieumwandlungstechnologien von entscheidender Bedeutung ist.
Techniken wie Heteroatom-Dotierung, die verschiedene Atome in die Katalysatorstruktur einführt, die Bildung von Leerstellen, die die Materialeigenschaften durch Entfernen von Atomen verändern, und die Induktion von Spannungen zur Modifizierung elektronischer Eigenschaften waren entscheidend. Diese Ansätze zielten darauf ab, die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Katalysatoren zu verbessern und ihre Leistung bei Sauerstoffreduktions- und -entwicklungsreaktionen deutlich zu steigern.
Diese Forschung unterstreicht das Potenzial edelmetallfreier Materialien als Ersatz für teure und knappe Edelmetalle, die traditionell in Katalysatoren verwendet werden, und zeigt einen Weg zu erschwinglicheren und nachhaltigeren Energieumwandlungsgeräten auf.
Neben der Erforschung von Verbesserungen in der Sauerstoffelektrokatalyse durch Regulierung der elektronischen Struktur unedler Materialien, a Kürzlich durchgeführte Studie In derselben Zeitschrift veröffentlicht von Forschern der University of Technology Sydney und des Fujian Institute of Research on the Structure of Matter hat die Chinesische Akademie der Wissenschaften erhebliche Fortschritte bei Materialien für die Energieumwandlung und -speicherung erzielt.
Sie haben eine Methode zur Synthese von aus metallorganischen Gerüsten (MOF) abgeleiteten Nanokäfigen eingeführt, die die Effizienz der Wasseroxidation und der selektiven Ethylenglykolreformierung erheblich steigern und einen bemerkenswerten Fortschritt auf dem Gebiet der nachhaltigen Energieerzeugung darstellen.
Die Studien stellen innovative Materialien und Techniken vor, um die Effizienz von Prozessen wie der Wasserelektrolyse zur Wasserstoffproduktion zu verbessern und so zur Entwicklung von Energieumwandlungs- und Speichertechnologien beizutragen. Diese Bemühungen stehen im Einklang mit dem umfassenderen Ziel, kostengünstige, effiziente und umweltfreundliche Alternativen zu herkömmlichen Energiequellen zu entwickeln und so den globalen Übergang zu erneuerbaren Energiequellen zu unterstützen.
Mehr Informationen:
Xia Wang et al., Elektronische Strukturregulierung edelmetallfreier Materialien für die alkalische Sauerstoffelektrokatalyse, eScience (2023). DOI: 10.1016/j.esci.2023.100141
Minghong Huang et al., Kontrollierte Synthese von MOF-abgeleiteten Hohl- und Dotter-Schale-Nanokäfigen für eine verbesserte Wasseroxidation und selektive Ethylenglykolreformierung, eScience (2023). DOI: 10.1016/j.esci.2023.100118