Fortschritte in der Wasserstoffenergie: Forschungsteam entwickelt Katalysator mit 7,9-fach erhöhter katalytischer Aktivität

von Amir Hussein
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Hybrid Nanocatalyst

Wissenschaftler haben einen hochmodernen Nanokatalysator auf Platinbasis entwickelt, der die Effizienz der Wasserstoffproduktion deutlich steigert. Dieser hochmoderne Hybridkatalysator weist ein erhöhtes Maß an Aktivität und Stabilität auf und eignet sich daher besonders für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge.

Daten des koreanischen Ministeriums für Land, Infrastruktur und Verkehr zeigen, dass im Jahr 2022 etwa 30.000 wasserstoffbetriebene Autos zugelassen waren, was einem Anstieg von 3001 TP4T im Vergleich zum Jahr 2018 entspricht. Allerdings verfügt das Land derzeit nur über lediglich 135 Wasserstofftankstellen.

Um Wasserstoff als praktikable alternative Energiequelle, insbesondere für den Einsatz im Automobilbereich, weiter voranzutreiben, ist es von entscheidender Bedeutung, die Produktionskosten von Wasserstoff zu senken. Im Mittelpunkt dieses Ziels steht die Steigerung der Effizienz des Wasserstoffentwicklungsprozesses durch Elektrolyse, bei der Wasserstoff aus Wasser erzeugt wird.

Bedeutende Fortschritte bei der Wasserstofferzeugung

Eine gemeinsame Forschungsgruppe, zu der Professor In Su Lee, Forschungsprofessor Soumen Dutta und Byeong Su Gu vom Fachbereich Chemie der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) gehörten, konnte kürzlich eine bemerkenswerte Verbesserung der Effizienz der Wasserstoffproduktion erzielen. Möglich wurde dies durch die Entwicklung eines innovativen Platin-Nanokatalysators.

Die Arbeit des Teams wurde in der Angewandten Chemie dokumentiert, einer renommierten Fachzeitschrift mit Schwerpunkt auf dem Gebiet der Chemie.

Technische Herausforderungen und Innovationen in der Katalysatorherstellung

Die genaue Abscheidung verschiedener Materialien an bestimmten Stellen auf einer nanoskaligen Katalysatoroberfläche ist mit Komplikationen behaftet. Ungeplante Ablagerungen können die aktiven Zentren des Katalysators blockieren oder deren beabsichtigte Funktionen beeinträchtigen. Dieses Problem hat die gleichzeitige Platzierung von Nickel und Palladium auf einem einzigen Substrat behindert. Nickel aktiviert die Wasserspaltung, während Palladium die Umwandlung von Wasserstoffionen in Wasserstoffmoleküle unterstützt.

Um diese Herausforderungen anzugehen, entwickelten die Forscher einen innovativen Nanoreaktor, um die Ablagerungsorte von Metallen auf einem 2D-Nanokristall präzise zu steuern. Darüber hinaus entwickelten sie einen nanoskaligen Abscheidungsprozess, der die Abdeckung unterschiedlicher Facetten des 2D-Platin-Nanokristalls mit unterschiedlichen Materialien ermöglicht. Dies führte zur Erfindung eines „Platin-Nickel-Palladium“-Dreimetall-Hybridkatalysators, der durch aufeinanderfolgende Abscheidungen gebildet wurde, die die flache Oberfläche und die Kanten des 2D-Platin-Nanokristalls mit dünnen Palladium- und Nickelfilmen bedeckten.

Erhöhte Effizienz des Hybridkatalysators

Der konstruierte Katalysator verfügte über separate Nickel/Platin- und Palladium/Platin-Grenzflächen, die strategisch darauf ausgelegt waren, die Wasserspaltung bzw. die Bildung von Wasserstoffmolekülen zu verbessern. Infolgedessen verbesserte der synergistische Betrieb dieser unterschiedlichen Prozesse die Wasserstoffentwicklung durch Elektrolyse deutlich.

Nachfolgende Forschungsergebnisse zeigten, dass dieser neue Drei-Metall-Hybrid-Nanokatalysator eine katalytische Aktivität aufwies, die 7,9-mal höher war als die des Standard-Platin-Kohlenstoff-Katalysators. Darüber hinaus zeigte der Katalysator eine bemerkenswerte Stabilität und behielt sein hohes Maß an katalytischer Aktivität auch nach 50 Stunden kontinuierlicher Reaktion bei, wodurch Probleme funktioneller Interferenzen oder Kollisionen zwischen verschiedenen Heteroschnittstellen effektiv gelöst wurden.

Abschließende Bemerkungen des Untersuchungsteams

Professor In Su Lee, der die Forschung leitete, äußerte seinen hoffnungsvollen Ausblick und erklärte: „Wir haben Prozessherausforderungen effektiv gemeistert, um harmonische Heteroschnittstellen auf einem Hybridmaterial zu schaffen.“ Er führte aus: „Ich gehe davon aus, dass diese Forschungsergebnisse einen großen Beitrag zum Design und zur Entwicklung von Katalysatormaterialien leisten werden, die speziell für wasserstoffbezogene Reaktionen optimiert sind.“

Die Studie wurde vom Leading Researcher Program der National Research Foundation of Korea finanziell unterstützt. Die Ergebnisse wurden am 19. Juni 2023 in der internationalen Ausgabe der Angewandten Chemie mit dem DOI: 10.1002/ange.202307816 veröffentlicht.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zum Hybrid-Nanokatalysator

Was ist der Hauptschwerpunkt der Forschung der Pohang University?

Im Vordergrund steht die Entwicklung eines platinbasierten Hybrid-Nanokatalysators, der die Effizienz der Wasserstoffproduktion deutlich steigert. Diese Forschung zielt darauf ab, die katalytische Aktivität und Stabilität des Katalysators zu verbessern und Wasserstoff zu einer praktikableren Energiequelle zu machen, insbesondere für Automobilanwendungen.

Wer waren die wichtigsten Forscher, die an dieser Studie beteiligt waren?

Die wichtigsten beteiligten Forscher waren Professor In Su Lee, Forschungsprofessor Soumen Dutta und Byeong Su Gu. Sie sind dem Fachbereich Chemie der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) angegliedert.

Wo wurden die Forschungsergebnisse veröffentlicht?

Die Ergebnisse wurden in der Angewandten Chemie veröffentlicht, einer angesehenen Fachzeitschrift, die sich auf das Gebiet der Chemie konzentriert.

Vor welchen Herausforderungen standen die Forscher bei der Katalysatorentwicklung?

Die selektive Abscheidung verschiedener Materialien an bestimmten Stellen einer Katalysatoroberfläche stellte erhebliche Herausforderungen dar. Das Team musste Probleme wie unbeabsichtigte Ablagerungen überwinden, die aktive Stellen blockieren oder funktionelle Störungen zwischen den verschiedenen beteiligten Materialien verursachen könnten.

Welche innovativen Techniken wurden in dieser Forschung verwendet?

Die Forscher verwendeten einen neuartigen Nanoreaktor und einen Feinabscheidungsprozess, um die Position der auf einem flachen 2D-Nanokristall abgeschiedenen Metalle zu kontrollieren. Es gelang ihnen, nacheinander Nickel und Palladium auf dem Platin-Nanokristall abzuscheiden, was zur Schaffung eines Dreimetall-Hybridkatalysators führte.

Wie signifikant war die Verbesserung der katalytischen Aktivität?

Der Drei-Metall-Hybrid-Nanokatalysator zeigte eine 7,9-fache Steigerung der katalytischen Aktivität im Vergleich zum herkömmlichen Platin-Kohlenstoff-Katalysator. Dies stellt eine erhebliche Steigerung der Effizienz der Wasserstoffproduktion dar.

Was sind die möglichen Anwendungen dieser Forschung?

Die Hauptanwendung liegt in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen, da der fortschrittliche Katalysator die Wasserstoffproduktion effizienter und kostengünstiger machen kann. Es hat auch umfassendere Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit der Energieversorgung.

Welche Unterstützung erhielt die Forschung?

Die Studie wurde vom Leading Researcher Program der National Research Foundation of Korea finanziell unterstützt.

Wie sind laut Professor In Su Lee die Zukunftsaussichten?

Professor In Su Lee ist optimistisch, dass die Forschungsergebnisse erheblich zur Entwicklung katalytischer Materialien beitragen werden, die speziell für wasserstoffbezogene Reaktionen optimiert sind.

Ist der Hybrid-Nanokatalysator für eine längere Verwendung stabil?

Ja, der neuartige Katalysator zeigte eine bemerkenswerte Stabilität und behielt sein hohes Maß an katalytischer Aktivität auch nach 50 Stunden kontinuierlicher Reaktion bei, wodurch Probleme funktioneller Interferenzen oder Kollisionen zwischen verschiedenen Heteroschnittstellen effektiv gelöst wurden.

Mehr über Hybrid-Nanokatalysator

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7 Kommentare

Mike O'Brien Oktober 15, 2023 - 7:32 pm

Wenn ich so etwas lese, stimmt mich die Zukunft der sauberen Energie hoffnungsvoll. Ich wünschte nur, die Forschung könnte schneller in reale Lösungen übergehen.

Antwort
Linda Johnson Oktober 15, 2023 - 7:58 pm

Auf jeden Fall eine beeindruckende Recherche. Aber wie sieht es mit den Kosten aus? Wenn es nicht wirtschaftlich ist, wird es nicht funktionieren, egal wie effizient es ist.

Antwort
Sarah Williams Oktober 15, 2023 - 8:10 pm

Als jemand, der sich für nachhaltige Energie interessiert, bin ich davon wirklich begeistert. Aber immer noch nur 135 Wasserstoffstationen in Korea? Sie haben noch einen langen Weg vor sich.

Antwort
Timothy Green Oktober 16, 2023 - 2:30 am

Professor In Su Lee klingt optimistisch. Ich hoffe, dass seine Arbeit den Weg für weitere Fortschritte ebnet. Das brauchen wir jetzt mehr denn je.

Antwort
Emily Davis Oktober 16, 2023 - 7:35 am

Also haben sie einen neuen Katalysator hergestellt? Das ist ziemlich cool, aber wie schnell können wir das auf dem Markt sehen? Scheint, als könnte es Jahre dauern.

Antwort
John Smith Oktober 16, 2023 - 2:13 pm

Wow, das ist bahnbrechendes Zeug. Ich kann nicht glauben, dass sie eine 7,9-fache Steigerung der Aktivität erreicht haben. Dies könnte für Wasserstoffautos von entscheidender Bedeutung sein.

Antwort
Robert Clark Oktober 16, 2023 - 3:59 pm

Ich bin fasziniert von den Herausforderungen, denen sie bei der Katalysatorentwicklung gegenüberstanden. Zeigt, dass es nicht so einfach ist, wie wir denken. Ein großes Lob an das Team von Pohang U!

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