Die elektrokatalytische Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) ist eine der effizientesten Methoden zur Herstellung von grünem Wasserstoff. Der ineffiziente Massentransfer von Wasserstoff hat jedoch die HER-Effizienz stark behindert.
Der Massentransfer von Wasserstoff hat zwei Haupttypen: Gasblasentransfer und Diffusion von gelöstem Wasserstoff. Eine ineffiziente Blasenübertragung führt zu Blasenadhäsions- und Dispersionsproblemen, während eine ineffiziente Wasserstoffdiffusion zu einer Übersättigung von gelöstem Wasserstoff und zu einer Überspannung mit hoher Konzentration führt.
In einer neuen Studie hat ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yu Cunming von der Beihang University und Prof. Jiang Lei vom Technischen Institut für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) über eine superaerophile/superaerophobe kooperative Elektrode berichtet, die dies kann fördern die Blasenentfernung und die Diffusion von gelöstem Wasserstoff, um eine effiziente HER zu erreichen.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte am 18. Januar.
In dieser Studie führten die Forscher superaerophile Streifen auf einer Pt-Elektrode ein; Diese Streifen sind mit Gaspolstern bedeckt und dienen als Gaskanäle zum Abtransport von Wasserstoff.
Bei nicht kontaktierten Blasen wird die Diffusionsstrecke von gelöstem Wasserstoff aufgrund des Vorhandenseins von Gaspolstern auf den superaerophilen Streifen stark verringert, wodurch die Diffusion von gelöstem Wasserstoff beschleunigt wird. Bei Kontaktblasen können die Blasen schnell durch asymmetrischen Laplace-Druck zwischen der exponierten Pt-Oberfläche und den superaerophilen Streifen übertragen werden.
Prof. Yu sagte, dass HER wie eine Produktionslinie sei, mit Wasserstoffionen als Rohmaterial, dem Katalysator als Produktionsmaschinerie und Wasserstoff als Produkt. Wenn der Katalysator jedoch ausgezeichnet ist, das Wasserstoffprodukt jedoch nicht rechtzeitig von der Oberfläche eines Katalysators entfernt werden kann, wird die Produktionslinie blockiert.
„Hier haben wir eine Transportleitung entworfen, superaerophile Streifen, die auf die Wasserstofflieferung spezialisiert sind, wodurch eine Blockierung der Produktionslinie weitgehend vermieden und die Effizienz verbessert wird“, sagte Prof. Yu.
Basierend auf einem effizienteren Wasserstofftransfer, einschließlich durch gasförmige Blasen und gelösten Wasserstoff, kann die superaerophile/superaerophobe kooperative Pt-Elektrode eine viel bessere HER erreichen. Sein Überpotential bei -10 mA cm-2 beträgt -19 mV, verglichen mit -61 mV bei einer herkömmlichen flachen Pt-Elektrode.
Prof. Yu bemerkte auch, dass die superaerophile/superaerophobe kooperative Strategie nicht nur auf HER, sondern auch auf andere Gasentwicklungsreaktionen angewendet werden kann.
Mehr Informationen:
Chunhui Zhang et al., Superaerophile/superaerophobe kooperative Elektrode für eine effiziente Wasserstoffentwicklungsreaktion durch verbesserten Stofftransfer, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add6978. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6978