In der neuen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Internationale Zeitschrift für Extreme Manufacturing Am 1. November 2023 berichteten Forscher aus dem Vereinigten Königreich und China über eine neuartige Technik, die auf einem Mechanismus der laserinduzierten hydrothermischen Reaktion (LIHR) für das Wachstum binärer Metalloxid-Nanoarchitekturen und geschichteter Doppelhydroxide auf Nickelschäumen für elektrokatalytische Anwendungen basiert.
Die groß angelegte elektrochemische Produktion von Wasserstoff durch Wasserspaltung erfordert die Entwicklung von Elektrokatalysatoren, um die kinetischen Energiebarrieren für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) zu überwinden. Die Elektrokatalysatoren müssen aktiv, stabil und kostengünstig sein.
Unter den verschiedenen Kandidaten haben unedle Katalysatoren auf Nickelbasis, insbesondere Ni-Mo-Katalysatoren, breite Anerkennung für alkalische HER und geschichtete Doppelhydroxide (LDHs) auf Basis von Übergangsmetallen (Fe, Co, Ni) für OER-Katalysatoren in alkalischen Medien erlangt .
Allerdings werden diese Elektrokatalysatoren üblicherweise durch hydrothermale oder solvothermale Methoden synthetisiert, die Autoklaven und Lösungsmittel erfordern, außerdem zeitaufwändig sind und einen hohen Energieaufwand erfordern.
Um diese Herausforderungen anzugehen, entwickelte das Team, das Pionierarbeit bei der Lasersynthese von Elektrokatalysatoren leistete, diesen alternativen Weg zur herkömmlichen hydrothermischen Behandlung durch Laserbestrahlung eines Substrats, das in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, die Metallsalzvorläufer enthält, weiter.
Wenn die Wechselwirkung des Laserstrahls an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit (die Ni/Mo- oder Fe/Ni-Vorläufer enthält) und dem Nickelsubstrat einen Zustand hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt, der die Anforderungen des Metalloxidwachstums auf dem Substrat erfüllt, kommt es zum Wachstum von NiMoO4-Nanoblätter oder NiFe-schichtiges Doppelhydroxid entstehen auf Nickelschäumen durch den hydrothermischen Reaktionsmechanismus.
Der Erstautor, Dr. Yang Sha von der University of Manchester, sagte: „Solche vom LIHR hergestellten Nanostrukturen weisen eine hervorragende katalytische Aktivität für die gesamte Wasserspaltung auf und, was noch wichtiger ist, eine überlegene Haltbarkeit unter einer industriellen Stromdichte für die meisten.“ berichtete Katalysatoren und kommerzielle Edelmetallkatalysatoren. Darüber hinaus verbessert die LIHG die Produktionsrate um mehr als das 19-fache, verbraucht aber nur 27,78 % der Gesamtenergie, die herkömmliche hydrothermale Methoden benötigen, um die gleiche Produktion zu erreichen.“
Professor Zhu Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften am Ningbo Institute of Material Technology and Engineering kommentierte: „Im Jahr 2013 berichteten Yeo et al. erstmals über LIHR zur Herstellung lokaler ZnO-Nanodrähte durch photothermische Reaktionen. Diese Technik ist schnell, vielseitig und skalierbar.“ und kostengünstig, was die direkte Synthese von Metalloxid-Nanostrukturen ermöglicht.“
„Diese Technik ist jedoch bislang kaum erforscht und ihre potenziellen Anwendungen müssen noch erforscht werden. Wir hoffen, dass diese Studie einen neuen Weg für die schnelle Synthese freistehender elektrokatalytischer Elektroden bietet. Wir erweitern ihre Anwendungen weiterhin, einschließlich des LIHR-Wachstums.“ von nanostrukturierten Metalloxid-Dünnschichten (ZnO, SnO2) für Perowskit-Solarzellen.
Mehr Informationen:
Yang Sha et al., Auf dem Weg zu einem neuen Weg zur schnellen Synthese elektrokatalytischer Elektroden über eine laserinduzierte hydrothermale Reaktion zur Wasserspaltung, Internationale Zeitschrift für Extreme Manufacturing (2023). DOI: 10.1088/2631-7990/ad038f
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