Geen duurzame energie zonder elektrokatalysatoren: Voor de productie van groene waterstof zijn katalysatoren nodig om het proces van splitsing van water in zuurstof en waterstof te beheersen. De structuur van de katalysator kan echter veranderen wanneer er elektrische spanning op wordt gezet, wat ook een beslissende invloed heeft op de katalytische activiteit. Dit fenomeen werd – tot nu toe – slecht begrepen. Een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Duisburg-Essen en de Universiteit Twente heeft de kristalfacet-afhankelijke oppervlaktetransformatie onderzocht en hoe dit de activiteit van de zuurstofevolutiereactie beïnvloedt. Hun resultaten zijn nu gepubliceerd in Nature Communications.
- Een onderzoeksteam bestudeerde hoe de oppervlaktetransformatie van katalysatoren de efficiëntie beïnvloedt van het splitsen van water in waterstof en zuurstof, wat cruciaal is voor groene waterstofproductie.
- Het onderzoek richtte zich op katalysatoren uit de perovskiet-klasse en ontdekte dat hun oppervlaktetransformatie tijdens de reactie de zuurstofevolutiereactie beïnvloedt.
- Dit onderzoek is essentieel voor de ontwikkeling van efficiëntere en duurzamere katalysatoren voor groene waterstofproductie.
Met katalysatoren gericht optimaliseren door nanodeeltjes met een specifieke oppervlakteoriëntatie wordt kosteneffectieve en duurzame waterstof gemaakt. Onderzoekers van UDE, Universiteit Twente, Forschungszentrum Jülich en Helmholtz Zentrum Berlin für Materialien und Energie hebben een belangrijke stap gezet om dit doel te bereiken. Ze onderzochten de aanvullende halfreactie van de productie van groene waterstof – de vorming van zuurstof. Deze deelreactie is complexer en vereist zeer efficiënte en milieuvriendelijke anodematerialen. De structuur van de oorspronkelijke katalysator verandert echter vaak tijdens dit proces – een fenomeen dat nog slecht wordt begrepen.
De wetenschappers toonden aan dat deze transformatie afhangt van de oriëntatie van het oppervlak van de katalysator en invloed heeft op de zuurstofevolutiereactie (OER). Een hogere OER-activiteit betekent dat de katalysator effectiever zuurstof kan genereren, wat de efficiëntie en duurzaamheid van het waterstofproductieproces verbetert.
Perovskiet
In hun onderzoek gebruikten de wetenschappers lanthaannikkeloxidefilms (LaNiO3) – een kristallijn materiaal van de “perovskiet”-klasse dat wordt gebruikt bij elektrokatalyse. De onderzoekers ontdekten dat de bovenste lagen tijdens de reactie transformeren en verschillende OER-activiteit vertonen. De octaëdervormige bouwstenen verbinden zich via de randen in plaats van de hoeken. Deze oxyhydroxidestructuur werd gemodelleerd met behulp van kwantummechanische simulaties op verschillende perovskietoppervlakken door Achim Füngerlings in de werkgroep van Prof. Dr. Rossitza Pentcheva op de krachtige computer van de UDE (magnitUDE). “De resultaten laten zien dat voor het facet met de hoogste activiteit, de getransformeerde laag veel beter past op het onderliggende perovskiet,” zegt Füngerlings.
“Dit beïnvloedt de elektronische en magnetische eigenschappen aanzienlijk en verklaart de verbeterde OER-activiteit,” legt Pentcheva uit. “De nauwe samenwerking tussen experimenten en simulaties was cruciaal om de onderliggende mechanismen en eigenschappen van de oppervlaktetransformatie op te helderen.” De onderzoeksresultaten zijn belangrijk voor de toekomstige optimalisatie van katalysatoren door nanodeeltjes te produceren met een specifieke oppervlakteoriëntatie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
