Synthesis and characterization of mixed metal oxides as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction
Gemixte metaaloxiden voor de productie van groene waterstof
De wereldwijde energievoorziening is momenteel sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen, waarvan de verbranding, broeikasgassen uitstoot die schadelijk zijn voor het milieu. Groene waterstof zou een duurzamer alternatief zijn, maar de zuurstofevolutiereactie (OER) wordt beschouwd als het grootste knelpunt voor de productie van groene waterstof vanwege de lage efficiëntie en hoge energiekosten. Hierdoor worden grootschalige toepassingen van waterstof als schone energiedrager beperkt.
In zijn proefschrift ontwikkelde Faiz Sultan goedkope OER-elektrokatalysatoren op basis van bimetaaloxiden van verschillende overgangsmetalen (ijzer, nikkel, kobalt en mangaan) met behulp van drie verschillende benaderingen. Ten eerste bereidde hij nikkel-ijzer- en kobalt-ijzeroxiden met behulp van een bi continue micro-emulsiemethode. Sultan evalueerde de bereide monsters als OER-elektrokatalysatoren. Kobalt-ijzeroxide vertoonde hogere stroomdichtheden dan nikkel-ijzeroxide, wat wordt toegeschreven aan een hogere beschikbaarheid van actieve locaties en een hogere elektrische geleidbaarheid, waardoor de reactie efficiënter is.
Ten tweede bereidde Sultan nikkel-mangaanoxiden met een eenvoudige co-precipitatiemethode en gecalcineerd bij twee verschillende temperaturen (350 °C en 550 °C). Hij evalueerde hun elektrochemische prestaties met behulp van twee protocollen, waarvan er slechts één de “best practices" in elektrochemie volgde. De algehele resultaten verschilden aanzienlijk tussen de twee protocollen, wat het belang onderstreept van het volgen van “best practices” in elektrochemische testmethoden.
Ten derde bereidde Sultan nikkel-kobaltmaterialen met Ni:Co-samenstellingen van 1:1 en 1:2, met een hydrothermische methode en testte deze onder zowel laboratorium- als industrie analoge -omstandigheden voor alkalische waterelektrolyse. Het kobaltrijke monster vertoonde hogere prestaties dan zijn tegenhanger en onderging aanzienlijke activering als gevolg van metaalverontreinigingen in de elektrolyt.
Dit werk benadrukt het belang van het testen van elektrokatalysatoren onder industriële omstandigheden en de invloed van elektrolytverontreinigingen op de prestaties.
Faiz Sultan voerde zijn onderzoek uit bij het Engineering and Technology institute Groningen (ENTEG), afdeling Producttechnologie, met financiering van Mexico CONACYT.