Vielfalt der Platinseiten an der Platin/Fulleren-Oberfläche beschleunigt die alkalische Wasserstoffentwicklung

Membranbasierte alkalische Wasser-elektrolyseure sind vielversprechend für die kosteneffiziente Produktion von grünem Wasserstoff. Eines der wichtigsten technologischen Hindernisse ist die Entwicklung aktiver Katalysatormaterialien für die alkalische Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER). Hier zeigen wir, dass die Aktivität von Platin gegenüber alkalischer HER erheblich gesteigert werden kann, indem Platincluster an zweidimensionsale Fulleren-Nanoschichten verankert werden. Der ungewöhnlich große Gitterabstand (~0,8 nm) der Fulleren-Nanoschichten und die extrem kleine Größe der Platincluster (~2 nm) führen zu einer starken Einschränkung der Platincluster, begleitet von ausgeprägten Ladungsumverteilungen an der Platin/Fulleren-Oberfläche. Infolgedessen weist das Platin-Fulleren-Verbundmaterial eine 12-mal höhere intrinische Aktivität für alkalische HER auf als der Stand der Technik Platin/Kohle-Schwarz-Katalysator. Detaillierte kinetische und rechnergestützte Untersuchungen ergaben, dass die Quelle der erhöhten Aktivität die vielfältigen Bindungseigenschaften der Platinseiten an der Oberfläche von Platin/Fulleren sind, die hochaktive Stellen für alle elementaren Schritte in der alkalischen HER erzeugen, insbesondere den langsamen Volmer-Schritt. Darüber hinaus wurden ermutigende Energieeffizienzen von 74 % und Stabilität für den alkalischen Wasser- elektrolyseur erreicht, der unter industriell relevanten Testbedingungen mit Platin-Fulleren-Verbundmaterial montiert wurde.