Elektrokatalizörler, elektrokimyasal hücrelerde kimyasal reaksiyonları hızlandıran maddelerdir. Yakıt hücreleri, piller ve elektrolizörler gibi birçok enerji dönüştürme ve depolama teknolojisinde, bu sistemlerin verimliliğini ve kararlılığını iyileştirdikleri için çok önemli bileşenlerdir.
Elektrolizi rekabetçi hale getirir.
{ 8}İklim değişikliği ile mücadelede CO2 emisyonlarının azaltılması çok önemlidir. Şu anda, petrol ve doğal gazdan üretilen gri hidrojen yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak bunun yenilenebilir kaynaklardan üretilen yeşil hidrojen ile değiştirilmesi için çalışmalar devam etmektedir. Yeşil hidrojen, elektriğin suyu hidrojen ve oksijene ayırdığı bir süreç olan elektroliz yoluyla üretilir. Potansiyeline rağmen, elektrolizi uygun bir seçenek haline getirmek için çeşitli zorlukların üstesinden gelinmesi gerekir.
Şu anda, su ayrıştırma işlemi yalnızca sınırlı bir dereceye kadar verimlidir ve yeterince güçlü, dayanıklı ve uygun maliyetli yöntem yoktur. bunun için etkili katalizörler.
“Şu anda en aktif elektrokatalizörler, nadir ve pahalı değerli metaller olan iridyum, rutenyum ve platine dayalıdır” diye açıklıyor Kristina Tschulik. “Bu nedenle araştırmacılar olarak bizim işimiz, değerli metaller içermeyen yeni, oldukça aktif elektrokatalizörler geliştirmektir.”
Onun araştırma grubu, bir metalden milyon kat daha küçük olan baz metal oksit nanopartiküller biçimindeki katalizörleri inceliyor. insan saçı. Endüstriyel ölçekte üretildiklerinden şekil, boyut ve kimyasal bileşim bakımından farklılık gösterirler.
Kristina Tschulik (solda) ve Hatem Amin, yeşil hidrojen için katalizör olarak nanoparçacıkları araştırıyorlar. Kredi: © RUB, Marquard
Kristina Tschulik, “İçinde milyarlarca parçacığın bağlayıcılar ve katkı maddeleriyle karıştırıldığı katalizör mürekkeplerini incelemek için ölçümler kullanıyoruz” diyor. Bu yöntem, araştırmacıların yalnızca ortalama bir performansı ölçmesine olanak tanır, ancak tek tek parçacıkların etkinliğini ölçmez – asıl önemli olan da budur.
“Hangi parçacık şeklinin veya kristal fasetinin – dışa dönük yüzeyler – en önemli olduğunu bilseydik Bochum Ruhr Üniversitesi’nde analitik kimya alanında doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Hatem Amin, “nano parçacık yarışının galibi
Araştırma grubu tek tek parçacıkları doğrudan çözelti içinde analiz etmek için bir yöntem geliştirdi. Bu, onların şekli ve bileşimi gibi partikül özelliklerinin suyun parçalanması üzerindeki etkisini anlamak için farklı nanomalzemelerin aktivitelerini birbirleriyle karşılaştırmalarını sağlar. “Sonuçlarımız, tek tek küpler biçimindeki kobalt oksit parçacıklarının kürelerden daha aktif olduğunu, çünkü kürelerin her zaman daha az aktif birkaç başka yönü olduğunu gösteriyor.”
Teori, deneyi doğruluyor
Bohum grubun deneysel bulguları, İşbirlikçi Araştırma Merkezi/Transregio 247’nin bir parçası olarak Duisburg-Essen Üniversitesi’nden Profesör Rossitza Pentcheva liderliğindeki işbirliği ortakları tarafından doğrulandı. Transregio 247’nin teorik analizleri, aktif katalizör bölgelerinde, yani kobalt atomlarından bir değişiklik olduğunu gösteriyor. bir oktahedron oluşturan oksijen atomları ile bir tetrahedron tarafından çevrelenen kobalt atomları ile çevrilidir.
“Parçacık şekli ile aktivite arasındaki ilişkiye ilişkin içgörülerimiz, uygulanabilir katalizör malzemelerinin bilgiye dayalı tasarımının temelini oluşturur ve, sonuç olarak, fosil enerji ve kimya endüstrilerimizin yenilenebilir enerji kaynaklarına ve oldukça aktif, uzun ömürlü katalizöre dayalı döngüsel bir ekonomiye dönüşmesi için sts,” diye bitiriyor Kristina Tschulik.
Referans: “Oksijen Evrimi Reaksiyonu için Tek Co3O4 Nanoparçacıklarının Faset-Bağımlı İçsel Aktivitesi (Adv. işlev Anne. 1/2023)”, yazan Zhibin Liu, Hatem M. A. Amin, Yuman Peng, Manuel Corva, Rossitza Pentcheva ve Kristina Tschulik, 3 Ocak 2023, Advanced Functional Materials.
DOI: 10.1002/adfm.202370006{ 4}