Cheminių tyrimų pažanga gali pakeisti švarios energijos technologijas

Remiantis kai kuriais vertinimais, saulės energijos kiekis, per metus pasiekiantis žemės paviršių, yra didesnis nei visos energijos, kurią galime kada nors pagaminti naudodami atsinaujinančius išteklius, suma. Technologija, reikalinga saulės šviesai paversti elektra, sparčiai vystėsi, tačiau šios energijos kaupimo ir paskirstymo neefektyvumas ir toliau tebėra pagrindinė problema, dėl kurios saulės energija tapo praktiška plačiu mastu.

Tačiau UVA koledžo ir Kalifornijos technologijos instituto bei JAV Energetikos departamento Argonne laboratorijos, Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos ir Brookhaveno nacionalinės laboratorijos mokslininkų pažanga UVA koledže ir aukštojoje menų ir mokslų mokykloje gali pašalinti kritines kliūtis procese. atradimas yra didžiulis žingsnis link švarios energijos ateities.

Vienas iš būdų panaudoti saulės energiją yra vandens molekulių padalijimas į deguonį ir vandenilį naudojant saulės elektrą. Proceso metu gautas vandenilis kaupiamas kaip kuras, kurį galima perduoti iš vienos vietos į kitą ir panaudoti energijai gaminti pagal pareikalavimą. Norint suskaidyti vandens molekules į jų komponentus, reikalingas katalizatorius, tačiau šiuo metu procese naudojamos katalizinės medžiagos, dar vadinamos deguonies evoliucijos reakcija, nėra pakankamai veiksmingos, kad procesas būtų praktiškas.

Naudodama UVA sukurtą novatorišką chemijos strategiją, mokslininkų grupė, vadovaujama chemijos profesorių Seno Zhango ir T. Brento Gunnoe’o, sukūrė naują katalizatoriaus formą, naudojančią kobalto ir titano elementus. Šių elementų pranašumas yra tas, kad jų pobūdis yra daug gausesnis nei įprastų katalizinių medžiagų, turinčių tauriųjų metalų, tokių kaip iridis ar rutenis.

Senas Zhangas, T. Brentas Gunnoe ir Changas Liu

Chemijos profesoriaus padėjėjas Senas Zhangas (kairėje) ir Sandraugos chemijos profesorius T. Brentas Gunnoe (centre) vadovauja mokslinių tyrimų projektui, kuriame išugdomos pagrindinės žinios naujoms saulės technologijoms. Chang Liu (dešinėje), Zhango laboratorijos ketvirtakursis, yra pirmasis „Nature Catalysis“ publikuoto straipsnio autorius. Kreditas: Virdžinijos universitetas

“Naujas procesas apima aktyvių katalizinių vietų sukūrimą titano oksido nanokristalų kataliziniame lygyje, metodą, kuris sukuria patvarią katalizinę medžiagą, ir geresnę techniką, kuri sukelia deguonies evoliucijos evoliuciją.” Zhangas pasakė. Nauji metodai siekiant efektyvaus deguonies išsiskyrimo katalizinių reakcijų ir jų pagrindinio supratimo tobulinimas yra pagrindiniai veiksniai, leidžiantys pereiti prie masto atsinaujinančios saulės energijos naudojimo.

Pasak Gunnoe, „ši naujovė, pagrįsta Zhango laboratorijos pasiekimais, apima naują katalizinių medžiagų tobulinimo ir supratimo metodą, kurio rezultatas yra pažangių medžiagų sintezė, atominių lygių apibūdinimas ir kvantinės mechaninės teorijos integravimas“.

„Prieš kelerius metus UVA prisijungė prie MAXNET Energy konsorciumo, kurį sudaro aštuoni Maxo Plancko institutas (Vokietija), UVA ir Kardifo universitetas (JK), subūrę tarptautinio bendradarbiavimo pastangas, nukreiptas į elektrokatalizinį vandens oksidavimą. tai buvo vienybės sėkla, kuri buvo ir tebėra vaisinga ir vaisinga partnerystė “, – sakė Gunno.

Padedama Argonne nacionalinės laboratorijos ir Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos naudotojų ir jų pažangiausių sinchroninių rentgeno spindulių absorbcijos spektroskopijos įrenginių, kuriuose spinduliuotė naudojama medžiagos struktūros tyrimams atominiame lygyje, tyrimų grupė nustatė, kad katalizatorius turi aiškiai apibrėžtą paviršiaus struktūrą. tai leidžia jiems aiškiai ir tiksliai įvertinti savo pasirodymą.

„Šiame darbe buvo panaudotos pažangaus fotonų šaltinio ir pažangiosios šviesos šaltinio, priklausančio„ greitos prieigos “programai, rentgeno spindulių linijos, išsaugotos greitai grįžtamam ryšiui tirti kylančias ar gilias mokslo idėjas“, – sakė Argonne X. spindulių fizikė Hua Zhou, straipsnio bendraautorė. “Mes labai džiaugiamės, kad šalies mokslo naudotojų įrenginiai gali reikšmingai prisidėti prie aiškesnio ir tvarkingesnio vandens paskirstymo darbo, kuris padarys šuolį į švarias energijos technologijas”.

Tiek Išplėstinis fotonų šaltinis, tiek Išplėstinis šviesos šaltinis yra JAV Energetikos departamento (DOE) Mokslo naudotojo įstaigų biuras, esantis atitinkamai DOE Argonne nacionalinėje laboratorijoje ir Lawrence Berkeley nacionalinėje laboratorijoje.

Be to, „Caltech“ tyrėjai, naudodami naujai sukurtos kvantinės mechanikos metodus, sugebėjo tiksliai numatyti deguonies gamybos greitį, kurį sukelia katalizatorius, o tai leido grupei geriau suprasti cheminį reakcijos mechanizmą.

“Mes jau daugiau nei penkerius metus kūrėme naujas kvantinės mechanikos metodikas, kad suprastume deguonies evoliucijos reakcijos mechanizmą, tačiau atlikdami visus ankstesnius tyrimus negalėjome būti tikri dėl tikslios katalizatoriaus struktūros. Zhango katalizatorius turi aiškiai apibrėžtą atominę struktūrą. mes nustatome, kad jie sutampa “, – teigė William A. Goddard III,„ Caltech and Chemistry “taikomosios mokslo ir fizikos profesorius. vienas pagrindinių projekto tyrėjų. “Tai suteikia patikimą pirmąjį eksperimentinį mūsų naujų teorinių metodų patvirtinimą, kurį dabar galime naudoti numatydami geresnius sintezuojamus ir išbandomus katalizatorius. Tai yra svarbus pasaulinės švarios energijos etapas.”

“Šis darbas yra puikus UVA ir kitų tyrėjų darbo pavyzdys, siekiant švarios energijos ir įdomių atradimų iš šių tarpdisciplininių bendradarbiavimų”, – sakė UVA Chemijos katedros prezidentė Jill Venton.

Zhang, Gunnoe, Zhou ir Goddard straipsnis buvo paskelbtas 2020 m. Gruodžio 14 d Gamtos katalizė. Straipsnio autoriai yra daktaras Changas Liu iš UVA. „Zhang“ grupės mokinys ir Jinas Qianas, daktaras Caltechas. Goddardo grupės mokinys. Kiti autoriai yra Coltonas Sheehanas, UVA bakalauro studentas; Zhiyong Zhang, UVA magistrantas; Hyeyoung Shin, „Caltech“ doktorantas; Yifan Ye, Yi-Sheng Liu ir Jinghua Guo, trys Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos tyrėjai; Gang Wan ir Cheng-Jun Sun, du Argonne nacionalinės laboratorijos tyrėjai; ir du Brookhaveno nacionalinės laboratorijos tyrėjai Shuang Li ir Sooyeon Hwang. Jų tyrimus remia Nacionalinis mokslo fondas ir JAV energetikos finansuojami vartotojų įrenginiai.

Nuoroda: Chang Liu, Jin Qian, Yifan Ye, Hua Zhou, Cheng-Jun Sun, Colton Sheehan, Zhiyong Zhang, Gang Wan, Yi “Deguonies reakcijos reakcija vienoje vietoje Co katalizatoriaus Co TiO2 nanorodo paviršius gerai apibrėžtas.” -Sheng Liu, Jinghua Guo, Shuang Li, Hyeyoung Shin, Sooyeon Hwang, T. Brent Gunnoe, William A. Goddard III ir Sen Zhang, 2020 m. Gruodžio 14 d., Gamtos katalizė.
DOI: 10.1038 / s41929-020-00550-5

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Greitas „COVID-19“ tyrimas iš lagamino

Lagaminų laboratorija jau sėkmingai naudojama nuo kitų infekcinių ligų Afrikoje. Autorius: dr. Ahmedas Abdas El Wahedas Mobili SARS-CoV-2 greito aptikimo laboratorija Afrikoje. PGR testas yra...

NASA į JAV smulkiojo verslo technologijų plėtrą investavo 105 mln

NASA Ji turi ilgą Amerikos verslininkų rėmimo istoriją, kai jie kuria technologijas nuo idėjų iki rinkodaros ketinimų. Smulkiojo verslo tyrimų agentūros (SBIR) programa...

Žemės tyrinėjimas iš kosmoso: Keshmo sala, Iranas [Video]

Kreditas: ESA, CC BY-SA 3.0. Sudėtyje yra modifikuoti „Copernicus Sentinel“ (2020 m.) Duomenys, kuriuos tvarko IGO. Misija „Copernicus Sentinel-2“ nukelia į didžiausią Irano salą -...

Neatrasta didžiųjų Afrikos žmonių klajojanti žemė – vaikai palaidoti prieš 78 000 metų

Panga ya Saidi urvo vietos apžvalga. Atkreipkite dėmesį į tranšėjos, kurioje buvo palaidotas, kasinėjimą. Autorius: Mohammadas Javadas Shoaee Tarptautinė komanda, apimanti kelis CNRS...

Prognozuojama, kad ateivių rūšių padaugės 36% iki 2050 m

Egipto žąsis (Alopochen aegyptiaca), kilusi iš Afrikos, o dabar įsikūrusi Vidurio ir Vakarų Europoje. Autorius: profesorius Timas Blackburnas, UCL Tikimasi, kad šio amžiaus viduryje...

Newsletter

Subscribe to stay updated.