超疏水水凝胶可增强电化学和光电化学制氢能力

隶属于韩国蔚山国立科学技术研究院(UNIST)的一项最新研究揭示了一种新技术，该技术通过在所需电极表面上沉积高度多孔的超好氧性水凝胶，将氢产量提高五倍。

落在荷叶上的水滴容易反弹，而不是部分固定在表面。这是由于微凸块在叶子上的不规则分布，具有排斥水的特性。以荷叶为线索，已开发出一种通过增强电极表面来显着提高制氢效率的技术。

能源与化学工程学院的Jungki Ryu教授和Lee Dongwoog Lee教授共同领导的一个研究小组推出了一项新技术，该技术通过在所需电极表面上沉积高度多孔的超好氧性水凝胶，使氢产量提高了五倍。由于它显着提高了制氢效率，而无需开发新的催化剂，因此引起了极大的关注。

当将碳酸饮料倒入玻璃杯中时，溶解在饮料中的CO 2气体会形成微小的气泡，并附着在玻璃杯的内表面。尽管这些气泡在喝饮料时并不重要，但它们会对许多电化学系统产生不利影响。实际上，在电解池中，在电极表面上形成的气泡会降低反应效率，从而导致能量损失。因此，重要的是除去附着在电极表面的气泡。

为了解决这些问题，研究小组报告了一种通过在所需电极表面上沉积水凝胶来实现超好氧电极的简单策略。水凝胶是一类通用的交联聚合物，具有吸收和保留大量水和水溶液的能力。此外，将水凝胶作为涂层沉积在固体表面上可以有效去除气泡。

在这项研究中，研究小组根据超疏水性水凝胶在目标表面的沉积情况，测量了电极的气体逸出反应(例如HER)的性能。他们使用M13病毒水凝胶作为模型系统，发现病毒水凝胶的3-D多孔结构可以赋予底层基质超疏水性，从而轻松消除气泡。此外，由于催化活性位点和超好氧位点的分离，HER性能得到了显着改善。

Ryu教授说：“由于聚合物不能用作加速化学反应的催化剂，并且由于它们不导电，因此人们期望它们会降低水电解的效率。” “因此，它从未被用于电极，但是我们能够通过在所需的电极表面上沉积水凝胶来解决电解方法的缺点。”

他们的工作吸引了许多研究人员的注意，因为它是一种通过在固体表面上沉积超疏水性水凝胶来赋予其拒水性能(所谓的超疏水性)的新技术。尽管研究人员已尝试通过控制固体表面的微观结构来赋予电极超疏水性，但传统方法仍存在局限性，因为它们是特定于材料的，难以按比例放大，可能会损害电极的催化活性和稳定性，并且与光电化学应用不兼容。新方法可以应用于任何固体材料由于其仅需要将水凝胶沉积在期望的电极表面上，因此具有广泛的应用范围。另外，由于水凝胶的透明性，他们的方法也可以成功地应用于光电极。相比之下，依靠电极的纳米和微加工的传统方法的透明度较低。

Lee教授说：“这是通过在所需的电极表面上沉积水凝胶，在各种固体表面上实现防气泡性能(所谓的超疏水性)的第一项研究。” “这项研究可以为设计和制造高效的电力和太阳能气体转换设备的简单方法提供深刻见解。”