Der steigende Verbrauch fossiler Brennstoffe hat Besorgnis über Energiekrisen und Umweltverschmutzung ausgelöst und einen dringenden Bedarf an erneuerbaren und umweltfreundlichen Energiequellen hervorgerufen. Wasserstoff stellt mit seinen null Kohlenstoffemissionen und seiner hohen Energiedichte eine ideale Alternative zu herkömmlichen Energiequellen dar.
Die elektrochemische Wasserelektrolyse, eine Schlüsselmethode zur Produktion von grünem Wasserstoff, stand im Mittelpunkt der Forschung. Die hohen Kosten und die begrenzte Verfügbarkeit von Katalysatoren auf Edelmetallbasis verhinderten jedoch ihre breite Anwendung.
Die Entwicklung leistungsstarker und kostengünstiger Nichtedelmetallkatalysatoren ist eine dringende Aufgabe, die zur Erforschung von Hochentropiematerialien (HEMs) als potenziellen bahnbrechenden Neuerungen auf dem Gebiet der Elektrokatalyse führt.
Forscher (Simiao Sha, Riyue Ge, Ying Li, Julie M. Cairney, Rongkun Zheng, Sean Li, Bin Liu, Jiujun Zhang, Wenxian Li) von der Shanghai University, der Anhui Polytechnic University, der University of Sydney, der University of New South Wales und der Fuzhou University haben sich mit den Herstellungsstrategien und Anwendungen von HEM-Katalysatoren für die elektrochemische Wasserelektrolyse befasst. Der Artikel ist veröffentlicht im Journal Grenzen der Energie.
Die Studie untersucht systematisch Synthesestrategien für HEM-Katalysatoren und unterteilt sie in Bottom-up- und Top-down-Ansätze. Die Forschung des Teams konzentriert sich auf die Stabilisierung von HEMs, ihre katalytischen Mechanismen und ihre Anwendung zur Unterstützung der Produktion von grünem Wasserstoff.
Die Ergebnisse zeigen, dass HEM-Katalysatoren, die aus mehreren Elementen bestehen, reichhaltige aktive Stellen und eine verbesserte Entropiestabilität aufweisen. Das Team entdeckte, dass HEMs mit ihrem einzigartigen Hochentropieeffekt, Gitterverzerrungseffekt, Hysteresediffusionseffekt und Cocktaileffekt eine hervorragende Aktivität und Stabilität aufweisen.
Diese Materialien haben das Potenzial, hochmoderne Katalysatoren für die Wasserelektrolyse zu werden, mit geringem Energieverbrauch und längerer Lebensdauer. Insbesondere nanoskalige HEMs weisen eine größere spezifische Oberfläche und eine stärkere Adsorptionskapazität auf, was sie für katalytische Anwendungen äußerst vorteilhaft macht.
Dieser Forschungsfortschritt soll zu einem tieferen Verständnis der grundlegenden Eigenschaften von HEMs und zur Erforschung ihrer elektrokatalytischen Anwendungen beitragen. Die Entwicklung von HEM-basierten Katalysatoren für die Wasserelektrolyse könnte die Entwicklung kostengünstiger, leistungsstarker Katalysatoren erheblich beschleunigen und so zur Förderung der sauberen Energieerzeugung beitragen und die Wasserstoffwirtschaft unterstützen.
Die umfassende Überprüfung und Analyse von HEMs in der elektrochemischen Wasserelektrolyse in der Studie unterstreicht ihr Potenzial, das Gebiet der Katalyse zu revolutionieren und eine nachhaltige und effiziente Lösung für den dringenden Bedarf an sauberer Energieerzeugung zu bieten.
Mehr Informationen:
Simiao Sha et al., Hochentropiekatalysatoren für die elektrochemische Wasserelektrolyse von Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen, Grenzen der Energie (2023). DOI: 10.1007/s11708-023-0892-6
Zur Verfügung gestellt vom Shanghai Jiao Tong University Journal Center