Derzeit ist die elektrokatalytische Wasserspaltung eine der kostengünstigsten, saubersten, zuverlässigsten, leisesten und erschwinglichsten Technologien zur effizienten Herstellung von Wasserstoff (H2) in Industriequalität. Die wirksamsten auf Platin (Pt) basierenden Katalysatoren für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) unterliegen jedoch einem hohen Preis und einer unbefriedigenden Stabilität. Daher werden dringend kostengünstige, hocheffiziente und hochstabile HER-Elektrokatalysatoren benötigt, um Elektrokatalysatoren auf Pt-Basis zu ersetzen.
Unter voller Berücksichtigung der vielversprechenden Aktivität, Robustheit und des angemessenen Preises von Ruthenium sowie der großen Oberfläche und hervorragenden Leitfähigkeit von Graphen-basierten fortschrittlichen Trägern können Ru-Kohlenstoff-Nanokomposite eine praktikable Option für HER sein. Es ist jedoch immer noch eine Herausforderung, die katalytische Leistung von Ru-Kohlenstoff-Nanokomposite weiter zu verbessern.
Kürzlich entwarf ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yu Chen von der Shaanxi Normal University, China, ein hochwertiges N-dotiertes Graphen-Aerogel, das Ru-Nanokristall (Ru-NCs/N-GA)-Nanokomposite unterstützt. Als N-Quelle und Ru-Quelle dienen die Reaktionsvorläufer aus Graphenoxid (GO) und Ruthenium(III)-Polyallylamin (RuIII-PAA)-Komplex, die gleichmäßig in einem Graphen-Aerogel verankert sind.
Die gleichmäßige Adsorption des RuIII-PAA-Komplexes kann bei Hochtemperaturverarbeitung zu einer homogenen Verteilung und ultrafeinen Größe von Ru-Nanokristallen auf dem Graphen-Aerogel führen. Ru-NCs/N-GA mit poröser Struktur und niedrigem Ru-Gehalt (10 Gew.-%) zeigt eine vergleichbare HER-Aktivität mit 20 Gew.-% Pt/C sowohl in alkalischem als auch in saurem Medium.
Insgesamt sind wirtschaftlich realisierbare Ru-NCs/N-GA-Nanokomposite mit 10 Gew.-% Ru vielversprechende Ersatzstoffe für kommerzielle Pt/C-Elektrokatalysatoren für die HER. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Chinesisches Journal für Katalyse.
Yu Ding et al, Stickstoffdotiertes Graphen-Aerogel-unterstützte Ruthenium-Nanokristalle für die pH-universelle Wasserstoffentwicklungsreaktion, Chinesisches Journal für Katalyse (2022). DOI: 10.1016/S1872-2067(21)63977-3