$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Magazynowanie zmiennych odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, ma duże znaczenie społeczne ze względu na stopniowe zanikanie paliw kopalnych i wynikające z tego zapotrzebowanie na alternatywne źródła energii. Pod tym względem wodór jest obiecującym, zrównoważonym kandydatem na rozwiązanie do magazynowania energii molekularnej ze względu na czysty proces spalania. 1 Dodatkowo wodór może być używany jako paliwo lub jako materiał wyjściowy dla bardziej złożonych paliw, np. metanolu. Preferowanym sposobem łatwej syntezy wodoru przy użyciu zasobów neutralnych pod względem emisji dwutlenku węgla jest elektrochemiczna redukcja wody przy użyciu zrównoważonych źródeł energii.
Obecnie, platyna i jej stopy są znane jako najbardziej efektywne elektrokatalizatory do reakcji wydzielania wodoru (HER), wykazując niski nadpotencjał, szybkie tempo reakcji i działanie przy wysokich gęstościach prądu. 2 Jednak ze względu na wysoką cenę i niską naturalną obfitość, potrzebne są alternatywne katalizatory z metali nieszlachetnych. Wśród ogromnej ilości alternatywnych katalizatorów z metali przejściowych nieszlachetnych, 3, zwłaszcza dichalkogenków metali przejściowych (MX2; M = Metal; Wykazano, że X = S, Se) mają wysoką aktywność HER. 4,5,6,7 W związku z tym niedawno przedstawiliśmy Fe4.5Ni4.5S8 jako wysoce trwały i aktywny elektrokatalizator HER "rockowy". Ten naturalnie występujący materiał jest stabilny w kwaśnych warunkach i wykazuje wysoką przewodność wewnętrzną z dobrze zdefiniowaną katalityczną powierzchnią czynną. 8
Chociaż zgłoszono wiele materiałów o wysokiej aktywności HER, przygotowanie elektrody często wiąże się z wieloma problemami, >np. odtwarzalnością i zadowalającą stabilnością (>24 h). Dodatkowo, ponieważ przewodność wewnętrzna katalizatorów na bazie metali przejściowych w masie jest zwykle wysoka, przygotowanie elektrod wymaga katalizatorów nanostrukturalnych, aby umożliwić wydajny transfer elektronów. Katalizatory te są następnie przekształcane w tusz katalityczny zawierający spoiwa, takie jak Nafion i katalizator. Następnie tusz jest powlekany kroplowo na obojętnej powierzchni elektrody (np. szklistym węglem). Podczas gdy przy niskich gęstościach prądu zwykle obserwuje się zwiększoną rezystancję styku i przeciętne przyleganie katalizatora do wspornika elektrody. 9 Stąd potrzeba bardziej odpowiednich metod przygotowania i materiałów elektrodowych jest oczywista.
Ten protokół przedstawia nowatorską procedurę przygotowania dla wysoce trwałych i opłacalnych elektrod przy użyciu materiałów sypkich. Warunkiem zastosowania takiej elektrody jest niska rezystancja materiałów własnych. Fe4,5Ni4,5S8 spełnia to kryterium i może być otrzymywany z pierwiastków poprzez prostą syntezę wysokotemperaturową w szczelnych ampułkach krzemionkowych. Otrzymany materiał scharakteryzowano pod względem budowy, morfologii i składu za pomocą dyfraktometrii rentgenowskiej proszku (PXRD), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDX). Zsyntetyzowany materiał jest przetwarzany w celu uzyskania dwóch rodzajów elektrod masowych, a mianowicie elektrod "skalnych" i "granulowanych". Działanie obu typów elektrod jest następnie badane za pomocą standardowych testów elektrochemicznych i oznaczania ilościowegoH2 za pomocą chromatografii gazowej (GC). Przedstawiono porównanie wydajności obu typów elektrod w porównaniu z powszechnie stosowanymi eksperymentami z powlekaniem kroplowym.