L’énergie hydrogène est devenue une alternate prometteuse aux combustibles fossiles, offrant une source d’énergie propre et strong. Cependant, le développement de catalyseurs efficaces et peu coûteux pour la réaction de dégagement d’hydrogène reste un défi very important. Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de la City College de Hong Kong (CityU) a récemment développé une nouvelle stratégie pour concevoir des catalyseurs à nanofeuilles ultraminces stables et efficaces en formant des buildings de Turing avec plusieurs cristaux nanotwin. Cette découverte innovante ouvre la voie à des performances améliorées des catalyseurs pour la output d’hydrogène vert.
La creation d’hydrogène par le processus d’électrolyse de l’eau avec des émissions nettes de carbone nulles est l’un des processus de generation d’hydrogène propre. Alors que les nanomatériaux de faible dimension présentant des défauts ou des modifications de contrainte contrôlables sont devenus des électrocatalyseurs actifs pour la conversion et l'utilisation de l'énergie hydrogène, la stabilité insuffisante de ces matériaux en raison de la dégradation structurelle spontanée et de la rest des contraintes conduit à une dégradation de leurs performances catalytiques.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche dirigée par le professeur Lu Jian, doyen du College or university of Engineering de CityU et directeur de la branche de Hong Kong du Countrywide Important Metallic Product Engineering Study Heart, a récemment développé une stratégie pionnière de structuration de Turing qui non seulement energetic mais stabilise également les catalyseurs grâce à l'introduction de cristaux nanotwin de haute densité. Cette approche résout efficacement le problème d’instabilité associé aux matériaux de faible dimension dans les systèmes catalytiques, permettant une creation d’hydrogène efficace et sturdy.
Les modèles de Turing, connus sous le nom de modèles stationnaires spatio-temporels, sont largement observés dans les systèmes biologiques et chimiques, comme la coloration régulière de la surface des coquillages. Le mécanisme de formation de ces motifs est lié à la théorie de la réaction-diffusion proposée par Alan Turing, un célèbre mathématicien anglais considéré comme l'un des pères de l'informatique moderne, dans laquelle l'activateur ayant un coefficient de diffusion in addition petit induit une croissance préférentielle locale.
« Dans des recherches antérieures, la fabrication de matériaux de faible dimension s'est principalement concentrée sur les contrôles structurels à des fins fonctionnelles, avec peu de considérations sur les contrôles spatio-temporels », a expliqué le professeur Lu. « Cependant, les modèles de Turing dans les nanomatériaux peuvent être obtenus par la croissance anisotrope des nanograins des matériaux. Une telle symétrie de réseau brisée a des implications cristallographiques cruciales pour la croissance de configurations spécifiques, telles que les matériaux bidimensionnels (2D) avec des jumelages et des ruptures intrinsèques. symétrie. Nous avons donc voulu explorer l’application de la théorie de Turing sur la croissance des nanocatalyseurs et les relations avec les défauts cristallographiques.
Dans cette recherche, l’équipe a utilisé une approche en deux étapes pour créer des nanofeuilles extremely fines de platine-nickel-niobium (PtNiNb) avec des bandes ressemblant topologiquement à des motifs de Turing. Ces buildings de Turing sur des nanofeuilles ont été formées grâce à la fixation d'orientation contrainte de nanograins, ce qui a donné lieu à un réseau nanotwin intrinsèquement steady et à haute densité qui a agi comme des stabilisateurs structurels empêchant la dégradation structurelle spontanée et la rest des contraintes.
De plus, les modèles de Turing ont généré des effets de déformation du réseau qui réduisent la barrière énergétique de dissociation de l'eau et optimisent l'énergie libre d'adsorption d'hydrogène pour la réaction de dégagement d'hydrogène, améliorant ainsi l'activité des catalyseurs et offrant une stabilité exceptionnelle. La area de la framework nanométrique de Turing présente un grand nombre d'interfaces jumelées, ce qui en fait également un matériau exceptionnellement bien adapté aux applications dominées par les interfaces, en particulier la catalyse électrochimique.
Dans les expériences, les chercheurs ont démontré le potentiel du nanocatalyseur Turing PtNiNb nouvellement inventé en tant que catalyseur secure de dégagement d'hydrogène avec une efficacité exceptionnelle. Il a obtenu une augmentation de 23,5 et 3,1 fois de l'activité de masse et de l'indice de stabilité, respectivement, par rapport au Pt/C industrial de 20%. L'électrolyseur d'eau à membrane échangeuse d'anions à foundation de PtNiNb de Turing avec une faible demand massique de platine (Pt) de, 05 mg cm−2 était également extrêmement fiable, vehicle il pouvait atteindre 500 heures de stabilité à 1 000 mAcm−2.
« Nos principales découvertes fournissent des informations précieuses sur l'activation et la stabilisation de matériaux catalytiques de faibles dimensions. Elles présentent un nouveau paradigme pour améliorer les performances des catalyseurs », a déclaré le professeur Lu. « La stratégie d'optimisation de la framework de Turing aborde non seulement le problème de la dégradation de la stabilité des matériaux de faible dimension, mais constitue également une approche polyvalente d'optimisation des matériaux applicable à d'autres systèmes d'alliage et catalytiques, améliorant ainsi les performances catalytiques. »
