3Dプリントされたニッケルベースの電気触媒が効率的な水素発生を可能にする

3Dプリントされたニッケルベースの電気触媒が効率的な水素発生を可能にする
出典: 揚子江デルタG60レーザーアライアンス

水の電気分解は再生可能エネルギーを利用して水素を製造する効果的な方法であると報告されています。アルカリ媒体中で効率的かつ耐久性のある水素発生反応を実現する費用対効果の高い電気触媒を開発することは、増大する水素需要を満たすために不可欠です。

△Ni系電極光硬化3Dプリントの模式図。画像出典: SARI

白金族金属は水素発生反応において優れた活性を示しますが、コストが高いため広範囲にわたる応用が妨げられています。

最近、SARIのZhiyong Tang教授とJie Zhang准教授が率いる研究チームは、独特のグルテンのような立方構造と強力な触媒-基質相互作用を備えた構造化されたニッケルベースの電気触媒を直接製造するための新しい光硬化3Dプリント法を提案しました。

この研究はNano Energy誌に掲載された。


△触媒の形態特性。

光硬化型3Dプリントの製造コストは選択的レーザー溶融型3Dプリントよりもはるかに低く、自由度と印刷精度は直接インク書き込み型3Dプリントよりもはるかに高くなります。

研究者たちはこの技術に基づいて、印刷ペーストの組成と後処理プロセスを最適化しました。得られた電極表面はグルテンのような立方構造を示し、Tiは非晶質状態で存在し、Niと強く相互作用するため、活性部位が増加し、電解性能が向上します。

カスタマイズされた Ni ベースの電極は、優れた耐久性と非常に低い過電圧を示し、市販の Pt/C 触媒や最先端の​​電気触媒のほとんどを上回りました。


△1.0 M KOH溶液中の各種触媒の電気触媒性能。

さらに、密度汎関数理論の計算により、Ti ドーピングによって水の解離エネルギー障壁と水素エネルギー障壁が減少し、それによって水素発生反応が強化されることが示されています。


△Ti-Ni-NSの長期安定性測定。

この研究は、アルカリ水電気分解における活性を高めた構造化された貴金属を含まない触媒を正確に調製するための新しい戦略を提供します。さらに、開発されたフォトステレオリソグラフィー 3D 印刷法は、複雑な 3D アーキテクチャを持つ低コストの電気触媒を製造するための別の選択肢を提供します。

出典: 高効率水素発生のためのニッケル系電気触媒の直接光硬化3Dプリント、Nano Energy (2022)。DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107615



バッテリー、エネルギー

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