L'Université de Tianjin a publié des articles sur les catalyseurs de production d'oxygène dérivés du borure

Source : Actualités sur la science des nouveaux matériaux



Recently, Professor Liang Hongyan and Professor Liu Yongchang from Tianjin University cooperated with Professor Edward h. Sargent from the University of Toronto in Canada to publish a research article entitled "border derived oxygen evolution catalysts" on the internationally renowned journal Nature communications.

Metal borides / borates are considered to be promising electrocatalytic catalysts for water decomposition and oxygen evolution; However, so far, it is difficult to achieve the current density and stability of commercial operation. In this paper, the metal structure team proposed a method to prepare high-performance boride / borate based catalysts. By combining theoretical calculation simulation and in-situ characterization (synchrotron radiation and X-ray diffraction) technology, it is found that the new characteristics of metal borides, that is, the in-situ formation of metal salts (nife-b to nife-b-o) in the process of electrocatalytic reaction, can significantly improve the electrocatalytic activity of the catalyst.

Cet article de recherche analyse les raisons pour lesquelles les catalyseurs de production d’oxygène composés à base de bore couramment utilisés actuellement sont instables sous des performances de courant élevées. Dans le même temps, il est confirmé que le borate formé in situ par le borure métallique est à l'origine d'une activité catalytique élevée grâce à une caractérisation spectrale operando, et il montre une grande stabilité dans les tests d'hydrolyse et de co-réduction électrocatalytiques commercialisés.

Fig. 1. Modifications du diagramme de Froude NiFe et de l'énergie de réaction avant et après l'ajout de borure.

Dans cet article, la raison pour laquelle le catalyseur au borure a de bonnes performances dans la réaction de production d'oxygène est expliquée. En utilisant la méthode de caractérisation aux rayons X in situ, la transition du composé B au sel d'acide B peut être observée. Combinés au calcul théorique et au diagramme de Fourier, des borates à base de Ni et Fe hautes performances et stables peuvent être obtenus. De plus, les performances élevées de production catalytique d’oxygène du catalyseur au borure à base de NiFe ont également été vérifiées. Dans cet article, un catalyseur au borure à base de NiFe a été préparé par une méthode de réduction chimique et ses performances de production électrocatalytique d'oxygène ont été caractérisées sur un substrat de nickel en mousse tridimensionnel. Les résultats montrent que le catalyseur d'oxyde dérivé du borure peut atteindre 167 MV au-dessus du potentiel dans une densité de courant de 10 ma/cm2 et 1 m d'électrolyte KOH.

Cette technologie est propice aux applications commerciales. Dans le dispositif de décomposition électrocatalytique de l'eau, la surtension a atteint une valeur record de 460 MV lors d'un fonctionnement à une densité de courant élevée de 1 a/cm2 pendant 400 heures. De plus, le catalyseur est combiné à la réaction de co-réduction et assemblé dans une cellule électrolytique à membrane environnementale alcaline, qui peut effectuer de manière stable une synthèse électrocatalytique de C2H4 pendant 80 heures à une densité de courant de 200 ma/cm2. L'efficacité énergétique de l'électrocatalyse C2H4 est de 19 %, comparée à celle de l'électrocatalyse C2H4 lorsque IrO2 est utilisé pour la réaction dans ces conditions, qui n'est que de 17 %.

First authors: Wang Ning, Xu Aoni, Ou Pengfei, Hong Songfu

Auteurs correspondants : Liang Hongyan*, Liu Yongchang*, Edward h. Sergent*

Contexte : Université de Tianjin, Université de Toronto, Canada

[lien de l'article]

“Boride-derived oxygen-evolution catalysts”

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26307-7.pdf