Wasserstoffenergie ist als grüner und umweltfreundlicher Energieträger ein entscheidender Schritt bei der Energieumwandlung hin zur grünen Wirtschaft, und die Erzeugung von grünem Wasserstoff mittels Wasserspaltungstechnik aus erneuerbaren Energiequellen gilt als die beste Wahl. Während für die Wasserspaltung thermodynamisch ein hoher Energieeintrag erforderlich ist (1,23 V), kann die Zellspannung für die praktische Wasserelektrolyse aufgrund der Verzögerungskinetik der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) über 1,8 V hinausgehen.
Der Einsatz der durch Methanol (0,016 V) unterstützten Wasserelektrolyse mit niedrigem Oxidationspotential hat große Aufmerksamkeit erhalten, da sie mit erneuerbaren Energiequellen kombiniert werden kann, um eine Wasserstoffproduktion mit geringem Energieverbrauch zu erreichen.
Der Schlüssel zur Verwirklichung dieser nachhaltigen Vision der Produktion von grünem Wasserstoff liegt in der Erforschung effizienter bifunktioneller Katalysatoren für die katalytische Methanoloxidation und die Wasserstoffentwicklungsreaktion. Allerdings ist die herkömmliche Pt-basierte Katalysatoroberfläche anfällig für eine Vergiftung durch die adsorbierten CO-Zwischenprodukte (CO*), was zu einer trägen Reaktionskinetik und einer Verschlechterung der katalytischen Leistung führt, was die Entwicklung der Methanolelektrolyse zur Wasserstoffproduktion stark einschränkt.
Die Einführung oxophiler Funktionskomponenten kann die Dissoziation von Wasser bei niedrigen Potentialen fördern und mehr sauerstoffhaltige Spezies erzeugen, was die Entfernung von CO* auf der Pt-Oberfläche und damit eine deutliche Verbesserung der Aktivität und Stabilität von MOR unterstützen kann.
Kürzlich berichtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Ligang Feng von der Yangzhou-Universität, China, über eine neue Plattform, MoSe2-Nanoblätter unterstützte Pt-Nanopartikel, für die Methanol-unterstützte Wasserspaltung, die durch ein bifunktionales Pt/MoSe2-System zur Wasserstofferzeugung katalysiert wird.
Die oxophile MoSe2-Komponente mit 2D-Strukturen optimierte die Adsorption von CO* und H* an Pt-Stellen, wie durch spektroskopische und theoretische Analysen gezeigt wurde, was zu einer verbesserten katalytischen Fähigkeit bei der Methanol-unterstützten Wasserspaltungsreaktion führte. Die Spitzenstromdichte war 2,5-mal höher als die eines kommerziellen Pt/C-Katalysators für die Methanoloxidation und eine kleine Überspannung von 32 mV war erforderlich, um eine Stromdichte von 10 mA cm–2 für die Wasserstoffentwicklungsreaktion im methanolhaltigen Elektrolyten zu erreichen.
Bei Verwendung als Kathode und Anode war eine niedrige Zellspannung von 0,66 V bei 10 mA cm–2 erforderlich, deutlich niedriger als die für die Wasserspaltung erforderliche Spannung von 1,75 V. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Chinesisches Journal für Katalyse.
Mehr Informationen:
Wei Qiao et al., Effiziente bifunktionale Katalyse gekoppelter MoSe2-Nanoblätter/Pt-Nanopartikel für die Methanol-unterstützte Wasserspaltung, Chinesisches Journal für Katalyse (2023). DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64469-9