Elektrokatalis pemecah air yang terbuat dari paduan non-konvensional yang mengandung 14 elemen | Riset

Elektrokatalis pemecah air yang terbuat dari paduan non-konvensional yang mengandung 14 elemen |  Riset post thumbnail image

Diskon terbesar Data SGP 2020 – 2021.

Para peneliti di Jepang telah mensintesis paduan ultra-entropi ultra-tinggi berpori nano yang mengandung 14 elemen. Pengujian menunjukkan paduan mampu membelah air dan berkinerja lebih baik daripada katalis reaksi evolusi hidrogen berbasis platinum komersial dan katalis reaksi evolusi oksigen berbasis iridium.

‘Kebanyakan katalis paduan konvensional mengandung konstituen logam primer dengan persentase atom yang tinggi, seperti platinum, dan satu atau dua jenis konstituen logam kecil dengan persentase atom yang relatif rendah,’ jelas Guofeng Wang, seorang ilmuwan material di University of Pittsburgh, AS, yang tidak terlibat dalam penelitian. ‘Konstituen logam minor biasanya memberikan ligan yang menguntungkan atau efek regangan untuk meningkatkan kinerja katalitik dari konstituen logam primer.’ Paduan entropi tinggi, bagaimanapun, adalah konsep yang relatif baru dan mengandung lima atau lebih elemen yang berbeda dalam proporsi mendekati-ekuiatomik.

Mencapai jauh melampaui lima elemen, Takeshi Fujita, dari Universitas Teknologi Kochi, dan timnya dari seluruh Jepang telah mensintesis paduan ultra-entropi ultra-tinggi berpori nano yang mengandung 14 elemen berbeda, yaitu, aluminium, perak, emas, kobalt, tembaga, besi, iridium , molibdenum, nikel, paladium, platinum, rhodium, rutenium dan titanium, melalui proses dealloying satu langkah sederhana.

‘Katalis paduan ultra-entropi ultra-tinggi yang dilaporkan memiliki komposisi hampir sama untuk semua konstituen,’ catat Wang. ‘Oleh karena itu, tidak ada lagi perbedaan antara konstituen primer dan minor.’

Paduan entropi tinggi yang terdiri dari begitu banyak elemen berbeda tidak biasa, tetapi Fujita mengatakan bahwa sinergi tingkat tinggi dalam paduan ini yang mengarah ke sifat berbeda mereka, seperti ‘entropi konfigurasi tinggi, distorsi kisi, dan difusi lamban’, juga sebagai penerapan potensial mereka sebagai katalis mahakuasa.

‘Permukaan aktif paduan entropi tinggi terdiri dari jutaan kemungkinan susunan atom yang berbeda,’ kata Fujita. ‘Oleh karena itu, beberapa pasangan atom lokal mungkin secara tak terduga menunjukkan sifat katalitik yang sangat baik.’

Fujita mencatat bahwa mensintesis paduan ultra-entropi ultra-tinggi yang mengandung begitu banyak elemen dengan distribusi yang sama tidak selalu mudah. ‘Seperti air dan minyak, tidak mudah untuk mencampur banyak elemen secara seragam,’ jelasnya. ‘[However], kami menemukan cara sederhana untuk mencampur 14 elemen secara seragam [via] teknik sederhana, paduan dengan aluminium dan menangani aluminium dengan etsa.’

Struktur nanoporous yang diperkenalkan oleh proses dealloying meningkatkan luas permukaan dan jumlah situs aktif potensial dalam paduan, meningkatkan kinerja katalitiknya. Selain itu, komposisi multimetalik yang berbeda dari paduan dapat memfasilitasi transfer muatan dan adsorpsi atau desorpsi berbagai ion.

Efek koktail

Fujita menggambarkan komposisi 14 elemen memiliki efek koktail karena mencampur begitu banyak komponen kimia yang berbeda mengubah perilaku mereka. ‘Efek koktail tidak berasal dari jumlah elemen, tapi [from] perkalian elemen. Kita tahu bahwa koktail selalu enak bukan karena jumlah setiap elemen, tetapi tambahan rasa tak terduga dari kombinasi elemen.’

Tim mengevaluasi kinerja elektrokatalitik dari paduan ultra-entropi ultra-tinggi nanopori mereka dalam reaksi evolusi hidrogen dan reaksi evolusi oksigen dalam kondisi asam. Mereka menunjukkan stabilitas elektrokimia yang sangat baik, transpor elektron yang cepat dan kinetika reaksi yang tinggi. Karakterisasi menegaskan bahwa paduan sebagian besar mempertahankan morfologi dan struktur berpori, bahkan setelah menghabiskan 10 jam di lingkungan asam.

Sementara kinerja katalitik dari paduan ultra-entropi ultra-tinggi berpori sebagian besar dikaitkan dengan efek sinergis dari 14 elemen, itu terlalu rumit untuk didefinisikan karena banyak kemungkinan kombinasi elemen dalam paduan.

Wang mencatat bahwa sementara penelitian ini akan ‘memotivasi masyarakat luas untuk memeriksa aplikasi yang lebih luas dari paduan ultra-entropi tinggi’, pertanyaan tentang efek sinergis ini dan mekanisme yang mendasari mengenai stabilitas elektrokimia tetap ada.

Dan sementara tim Fujita memilih 14 elemen utama yang biasa digunakan sebagai katalis untuk paduan ultra-entropi ultra-tinggi berpori mereka, masih mungkin untuk menggunakan lebih banyak elemen di masa depan. ‘Non-logam, [such as] belerang atau fosfor, secara teknis dapat digunakan dan dapat menyebabkan sulfida atau fosfida yang tidak diharapkan untuk katalisis,’ komentar Fujita. Namun, ‘jumlah maksimum elemen penyusun dalam paduan entropi tinggi … tetap menjadi pertanyaan terbuka.’

Related Post