Geschichtete Doppelhydroxide für Sauerstoffentwicklungsreaktionen

26. Oktober 2022

von Beijing Institute of Technology Press

Um das Design und die Synthese von Elektrokatalysatoren für hocheffiziente Sauerstoffentwicklungsreaktionen (OER) zu leiten, haben Forscher der Beijing University of Chemical Technology vier gängige Strategien zur Verbesserung der OER-Leistung von geschichteten Doppelhydroxiden (LDHs) sowie zur Identifizierung aktiver Zentren zusammengefasst LDHs.

Sie veröffentlichten ihre Arbeit am 7. September in Energy Material Advances.

„Mit der steigenden Nachfrage und dem steigenden Verbrauch fossiler Brennstoffe werden Energieknappheit und Umweltverschmutzung schwerwiegender und unübersehbarer“, sagte der korrespondierende Autor Mingfei Shao, Professor am State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering der Beijing University of Chemical Technology, Beijing. „Es ist notwendig, nachhaltige und erneuerbare Energien zu erforschen. Insbesondere Wasserstoff ist eine neue Energie mit großartigen Anwendungsaussichten.“

Die Herstellung von hochreinem Wasserstoff kann durch elektrochemische Wasserspaltung unter Verwendung des aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne umgewandelten Stroms erreicht werden. Aber als eine der Halbreaktionen ist OER laut Shao ein Vier-Elektronen-Prozess mit einer geringen Effizienz der Energienutzung.

Shao und sein Team konzentrieren sich auf LDHs, ein großformatiges zweidimensionales Material. Die große Einstellbarkeit, Molverhältnisse und Zwischenschichtanionen machen es zu einem hervorragenden Katalysator für OER in alkalischen Medien.

„Wir haben vier gängige Strategien zur Verbesserung der OER-Leistung von LDHs zusammengefasst. Durch diese Strategien kann das Überpotenzial von OER verringert werden, was zu einer hohen Effizienz der Energienutzung führt“, sagte Shao. „Einige Arbeiten zur Identifizierung aktiver Zentren für LDHs werden vorgestellt. Die Aufklärung des Reaktionsmechanismus und der aktiven Zentren liefert die theoretische Anleitung für die Entwicklung effizienter Elektrokatalysatoren.“

Die Entwicklung und Erforschung von OER-Katalysatoren befindet sich derzeit größtenteils im experimentellen Stadium, das den Standards für einen großtechnischen praktischen Einsatz nicht gerecht wird. Beispielsweise bleiben Probleme im Zusammenhang mit der Vergrößerung der Katalysatorgröße und der Aufrechterhaltung der Stabilität während der OER bestehen. Darüber hinaus seien die meisten berichteten Herstellungsmethoden für LDH-basierte Katalysatoren kompliziert und zeitaufwändig, was zu hohen Kosten führe und ihre Anwendung einschränkte, so Shao.

„Die Erkennung reaktiver Sauerstoffspezies wie Sauerstoffspezies, die von aktiven Stellen auf der Oberfläche von Elektrokatalysatoren adsorbiert werden, und Sauerstoffradikalen, die während der OER in der Lösung dispergiert werden, bleibt aufgrund der instabilen und nicht offensichtlichen Existenz reaktiver Sauerstoffspezies immer noch unklar“, sagte Shao. „Nachdem wir diese reaktiven Sauerstoffspezies erkannt haben, ist es immer noch von entscheidender Bedeutung, sie für eine effizientere OER zu nutzen.“

„Wir hoffen, dass diese Übersicht Ideen zur weiteren Identifizierung der aktiven Zentren für LDHs liefern kann, um Leitlinien für die Entwicklung fortschrittlicherer Elektrokatalysatoren für die elektrochemische Wasserspaltung bereitzustellen“, sagte Shao.

Mehr Informationen: Xin Wan et al., Geschichtete Doppelhydroxide für die Sauerstoffentwicklungsreaktion hin zu einer effizienten Wasserstofferzeugung, Fortschritte bei Energiematerialien (2022). DOI: 10.34133/2022/9842610

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