Pagrindinis žingsnis į švaresnę ir efektyvesnę masinę vandenilio vandens gamybą

Pagrindinės Kornelio universiteto, Oregono valstybinio universiteto ir Argonne nacionalinės laboratorijos komandos naudoja pažangių apibūdinimo įrankių rinkinį, kad ištirtų šiuolaikinio OER elektrokatalizatoriaus, stroncio iridato (SrIrO3), rūgščiojo elektrolito atominės struktūros evoliuciją. didelio OER aktyvumo šaltinis (1 000 kartų didesnis nei komercinis katalizatorius, iridio oksidas). Kreditas: Zhenxing Feng, Oregono valstybinis universitetas

Oregono valstybinio universiteto inžinerijos koledžo mokslininkų ir Cornello universiteto bei Argonne nacionalinės laboratorijos bendradarbių dėka masinė vandenilio gamyba iš vandens yra arčiau realybės.

Mokslininkai naudojo pažangias eksperimentines priemones, kad suprastų elektrocheminio natūralaus katalizinio proceso švaresnį ir tvaresnį, nei vandenilio gavimas iš gamtinių dujų.

Rezultatai buvo paskelbti 2021 m. Sausio 8 d Mokslo pažanga.

Vandenilis yra daugelyje Žemės junginių, daugiausia kartu su deguonimi, kad gautų vandenį, ir turi daug funkcijų, susijusių su mokslu, pramone ir energetika. Jis taip pat būna angliavandenilių, junginių, sudarytų iš vandenilio ir anglies, pavyzdžiui, metano, kuris yra pagrindinis gamtinių dujų komponentas, pavidalu.

“Vandenilio gamyba yra svarbi daugeliu mūsų gyvenimo aspektų, pavyzdžiui, gaminant daugelį chemikalų automobilių kuro elementuose ir amoniake”, – sakė chemijos inžinerijos profesorius, vadovaujamas Zhenxing Feng tyrimų Oregono valstijoje. “Jis taip pat naudojamas metalams rafinuoti, dirbtinėms medžiagoms, pavyzdžiui, plastikams, gaminti ir daugeliui kitų tikslų.”

Pasak Energetikos departamento, Jungtinės Valstijos didžiąją dalį vandenilio gamina iš metano šaltinio, pavyzdžiui, gamtinių dujų, naudodamos metodą, vadinamą garo metano reformavimu. Procesas apima metano veikimą suslėgtais garais dalyvaujant katalizatoriui, sukuriant reakciją, kuri gamina vandenilį ir anglies monoksidą, taip pat nedidelį kiekį anglies dioksido.

Kitas žingsnis vadinamas anglies monoksidu ir garais, kurie reaguoja su kitu katalizatoriumi kaip vandens ir dujų išstūmimo reakcija, sukuriant anglies dioksidą ir papildomą vandenilį. Paskutiniame etape pašalinama slėgio svyravimų adsorbcija, anglies dioksidas ir kitos priemaišos, paliekant gryną vandenilį.

“Palyginti su gamtinių dujų atnaujinimu, elektros energija, gaunama iš atsinaujinančių šaltinių, vandeniui skaidyti vandeniliui yra švaresnė ir tvaresnė”, – sakė Fengas. “Tačiau vandens dalijimo efektyvumas yra žemas, daugiausia dėl pusiau būtinos proceso reakcijos, deguonies evoliucijos reakcijos ar OER didelio perteklinio potencialo (skirtumas tarp faktinio potencialo ir teorinio elektrocheminės reakcijos potencialo)”.

Pusinė reakcija yra viena iš dviejų redokso arba redukcijos oksidacijos dalių, kurioje elektronai perduodami tarp dviejų reagentų; redukcija vadinama elektronų prieaugiu, oksidacija reiškia elektronų praradimą.

Pusinių reakcijų sąvoka dažnai naudojama apibūdinti, kas vyksta elektrocheminėje ląstelėje, o pusinės reakcijos dažniausiai naudojamos kaip būdas subalansuoti redokso reakcijas. Pernelyg didelis potencialas yra skirtumas tarp teorinės įtampos ir faktinės įtampos, sukeliančios elektrolizę – cheminę reakciją, kurią sukelia elektros srovė.

“Elektrokatalizatoriai yra būtini siekiant sumažinti perteklinį potencialą skatinti vandens skilimo reakciją, tačiau didelio našumo elektrokatalizatorių sukurti yra labai lengva”, – sakė Fengas. „Viena pagrindinių kliūčių yra informacijos apie išsivysčiusią elektrokatalizatorių struktūrą atliekant elektrochemines operacijas trūkumas. Norint sukurti aukštos kokybės elektrokatalizatorių medžiagas ir tuo pačiu užtikrinti energijos tvarumą, būtina suprasti struktūrinę ir cheminę evoliuciją elektrokatalizatoriaus OER metu. “

„Feng“ ir bendradarbiai naudojo pažangių apibūdinimo įrankių rinkinį – stroncio iridatą (SrIrO), kad ištirtų pagrindinio OER elektrokatalizatoriaus atominės struktūros evoliuciją.3), in rūgštis elektrolitas.

“Mes norėjome suprasti FER rekordiškai didelio aktyvumo kilmę – iridžio oksidas 1000 kartų didesnis už įprastą komercinį katalizatorių”, – sakė Fengas. „Naudodami„ Argron “sinchrotronu pagrįstą rentgeno įrenginį ir laboratorijoje atliktą rentgeno fotoelektronų spektroskopiją OSU Šiaurės vakarų nanotechnologijų infrastruktūros aikštelėje, mes stebėjome SrIrO paviršiaus chemines ir kristalines-amorfines transformacijas.3 OER metu “.

Stebėjimai giliai suprato, kas vyksta už jų gebėjimą labai gerai funkcionuoti kaip stroncio iridato katalizatorių.

“Mūsų tikslūs radiniai atominėje skalėje paaiškina, kaip aktyvus stroncio iridato sluoksnis susidaro iridžio stroncyje, ir nurodo kritinę gardelių deguonies aktyvacijos ir lydinčios jonų difuzijos funkciją formuojant aktyvius OER vienetus”, – sakė jis.

Fengas pridūrė, kad darbas leidžia pritaikyti potencialą palengvinti funkcinių amorfinių sluoksnių susidarymą elektrocheminėje sąsajoje ir suteikia galimybių suprojektuoti geresnius katalizatorius.

Nuoroda: „SrIrO amorfizacijos mechanizmas3 elektrokatalizatorius: kaip deguonies redoksas inicijuoja jonų difuziją ir struktūros pertvarką “Gang Wan, John W. Freeland, Jan Kloppenburg, Guido Petretto, Jocienne N. Nelson, Ding-Yuan Kuo, Cheng-Jun Sun, Jianguo Wen, J. Trey Diulus, Gregory S. Herman, Yongqi Dong, Ronghui Kou, Jingying Sun, Shuo Chen, Kyle M. Shen, Darrell G. Schlom, Gian-Marco Rignanese, Geoffroy Hautier, Dillon D. Fong, Zhenxing Feng, Hua Zhou ir Jin Suntivich, 8 2021 m. Sausio mėn. Mokslo pažanga.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc7323

Jis bendradarbiavo su Fengu su chemijos inžinerijos profesoriumi Gregory Hermanu, kuris vadovauja Šiaurės vakarų nanotechnologijų infrastruktūros centrui, kurį finansuoja Oregono nacionalinis mokslo fondas, ir buvusiam daktarui Trey Diulusui. OSU studentas ir dabar podoktorantas Ciuricho universitete Šveicarijoje.

Tyrėjai taip pat prisidėjo prie Belgijos Leuveno katalikų universiteto, Kinijos mokslo ir technologijos universiteto ir Hiustono universiteto mokslininkų.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujos biologiškai įkvėptų, šviesą sugeriančių nanomedžiagų klasės sintezė

POSS-peptoido molekulės savaime susirenka į romboidinius nanokristalus. Paskola Stephanie King iliustracija Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinė laboratorija Gamtos įkvėpti Ramiojo vandenyno šiaurės...

Naujos priemonės, reikalingos augalų ligų prevencijai

Žiūrėkite užkrėstą kraują, kuris gali padėti apsaugoti maistą. Medžių ligos nesibaigia prie tautos sienų, o mylios vandenynų taip pat nesustabdo jų plitimo. Štai kodėl,...

Omega-3 derinimas su liaudies papildais gali pakenkti širdžiai

Gydytojai dažnai rekomenduoja omega-3, kurie padeda pacientams sumažinti cholesterolio kiekį ir pagerinti širdies sveikatą. Šie omega-3 gali būti iš riebių žuvų, tokių kaip...

Paviršių poveikis ploniems atominiams puslaidininkiams

Naudodami ultravioletinius spindulius, tyrėjai ištyrė 2-D puslaidininkių (violetinių) elektronines charakteristikas, nes duomenų žemėlapyje padidėja substrato sluoksnių (žalių) skaičius. Raudonas apskritimas žymi elektronines savybes, kurios...

Norėdami pagreitinti atradimą, didelio matmens infraraudonųjų spindulių mikroskopija išeina iš tinklelio

Plytelių rašto, naudojamo skenuoti C. elegans apvalųjį kirminą, pavyzdys. Netinklinis modelis suteikia atrankos algoritmui didesnį lankstumą greitai panaudojant dominančias sritis. Autoriai: Elizabeth...

Newsletter

Subscribe to stay updated.