Als einer der effizientesten und umweltfreundlichsten Ansätze zur Wasserstofferzeugung besteht die Wasserelektrolyse aus zwei Teilreaktionen: der Wasserstoffentwicklungsreaktion und der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER).
Um die OER zu beschleunigen, hat das Team von Prof. Chen Liang am Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Reihenforschung zur OER-Elektrokatalyse durchgeführt, indem Experimente und theoretische Berechnungen kombiniert wurden.
Im Vergleich zur alkalischen Wasserelektrolyse hat die auf Protonenaustauschmembranen (PEM) basierende Wasserelektrolyse deutliche Vorteile wie kompaktes Design, schnelle Reaktion, hohe Spannungseffizienz und hohe Gasreinheit. Die begrenzte Effizienz, geringe Stabilität und hohen Kosten saurer OER-Elektrokatalysatoren behindern jedoch immer noch die Entwicklung der PEM-basierten Wasserelektrolyse.
Basierend auf früheren Studien zu Elektrokatalysatoren für OER haben Forscher bei NIMTE die kürzlich beschriebenen sauren OER-Elektrokatalysatoren in Bezug auf Elemente umfassend zusammengefasst, klassifiziert und diskutiert. Die Studie wurde veröffentlicht in Fortgeschrittene Werkstoffe.
Großes Augenmerk wurde auf die OER-Mechanismen gelegt, die in zwei Kategorien fallen: Adsorbatentwicklungsmechanismus und Gittersauerstoffoxidationsmechanismus, je nach Herkunft der Sauerstoffatome.
Die Beziehung zwischen Aktivität und Stabilität saurer OER-Elektrokatalysatoren wurde ausführlich diskutiert. Darüber hinaus schlugen die Forscher ein Stabilitätstestprotokoll vor, um die Verschlechterung der intrinsischen Aktivität zu bewerten.
Diskutiert wurden die aktuellen Entwicklungsherausforderungen und ungelösten Probleme von sauren OER-Elektrokatalysatoren, wie z. B. die Verwendung von kohlenstoffbasierten Materialien. Auch die Vorschläge zur Synthese von sauren OER-Hochleistungselektrokatalysatoren für die PEM-basierte Wasserelektrolyse wurden vorgestellt.
Mehr Informationen:
Yichao Lin et al, Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion in sauren Medien, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202210565