17:05 2022-12-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Echipa dezvoltă doi catalizatori noi, ultra-stabili de producere a hidrogenului
_ Echipa dezvoltă două romane , catalizatori ultra-stabili de producere a hidrogenului
Energia cu hidrogen curată este o alternativă bună la combustibilii fosili și este esențială pentru obținerea neutralității carbonului. Cercetătorii din întreaga lume caută modalități de a spori eficiența și de a reduce costul producției de hidrogen, în special prin îmbunătățirea catalizatorilor implicați.
Recent, o echipă de cercetare de la City University of Hong Kong (CityU) a dezvoltat un electrocatalizator nou, ultra-stabil cu reacție de evoluție a hidrogenului (HER), care se bazează pe nanofoi de gel mineral bidimensional și nu conține metale prețioase. Catalizatorul poate fi produs la scară largă și poate ajuta la obținerea unui preț mai scăzut al hidrogenului în viitor.
Reacția electrochimică de degajare a hidrogenului (HER) este o metodă de generare a hidrogenului utilizată pe scară largă. Dar electrocatalizatorii comerciali HER sunt fabricați din metale prețioase, care sunt scumpe. Pe de altă parte, catalizatorii cu un singur atom au un potențial promițător în aplicațiile catalitice HER datorită activității lor ridicate, eficienței atomice maximizate și utilizării la minimum a catalizatorului.
Dar procesul convențional de fabricare a catalizatorilor cu un singur atom este complicat. . În general, implică introducerea metalului cu un singur atom vizat în precursorul substratului, urmată de un tratament termic, de obicei mai mare de 700 ℃, care necesită multă energie și timp.
În acest sens, o echipă de cercetare co- conduși de oamenii de știință din materiale de la CityU au dezvoltat o modalitate inovatoare, rentabilă și eficientă din punct de vedere energetic de a produce un electrocatalizator HER cu un singur atom, extrem de eficient, care utilizează ca precursor nanofoi de hidrogel mineral fără metale prețioase.
" În comparație cu alți precursori obișnuiți ai substratului cu un singur atom, cum ar fi cadrele poroase și carbonul, am constatat că hidrogelurile minerale au mari avantaje pentru producția în masă de electrocatalizatori datorită disponibilității ușoare a materiilor prime, procedurii de sinteză simple și ecologice și ușoare. condițiile de reacție”, a declarat profesorul Lu Jian, profesor catedr al Departamentului de Inginerie Mecanică (MNE) și al Departamentului de Știința și Ingineria Materialelor (MSE) de la CityU, care a condus cercetarea.
T precursorul moștenitor al electrocatalizatorului este preparat printr-o metodă simplă. În primul rând, soluțiile de acid polioxometalat (PMo) și ioni ferici (Fe3+) sunt amestecate la temperatura camerei, rezultând noi nanofoi bidimensionale de fier-acid fosfomolibdic. După ce excesul de apă este îndepărtat prin centrifugare, nanofoile devin hidrogel mineral fără molecule organice. Procesul este mult mai convenabil și mai economic decât procesele raportate anterior, care necesită de obicei temperatură și presiune ridicată și timp mai lung pentru auto-asamblarea precursorilor de substrat cu un singur atom.
După un tratament suplimentar de fosfatare (la 500 ℃) din acest precursor de gel mineral, se formează un catalizator nanofoie heterogen dispersat cu un singur atom de fier ("HNS-uri pe bază de Fe/SAs@Mo"), evitând procesul de fabricație consumator de timp de încărcare a atomilor unici pe substrat.
Experimentele au descoperit că noul catalizator prezintă activitate electrocatalitică excelentă și durabilitate pe termen lung în HER, manifestând un suprapotenţial de numai 38,5 mV la 10 mA cm−2 și ultra stabilitate fără deteriorare a performanței peste 600 de ore. la o densitate de curent de până la 200 mA cm−2.
„Aceasta este una dintre cele mai bune performanțe obținute de electrocatalizatorii HER din metale nenobile”, a spus profesorul Lu. „Ideea unică de a utiliza gel mineral pentru a sintetiza catalizatori eterogenei monoatomici dispersați oferă o bază teoretică importantă și o direcție pentru următorul pas de producție scalabilă de catalizatori ieftini și eficienți, care poate contribui la scăderea costului producției de hidrogen pe termen lung. "
Descoperirile lor au fost publicate în revista Nature Communications sub titlul „Heterostructuri ancorate de atomi unici derivate din hidrogel mineral bidimensional pentru evoluția ultrastabilă a hidrogenului.”
Pentru a aborda costul ridicat. problema electrocatalizatorilor comerciali pe bază de platină, echipa condusă de profesorul Lu a făcut un alt progres recent. Ei au oferit o soluție prin proiectarea rațională a aliajului nanostructurat pentru a dezvolta un electrocatalizator de înaltă performanță, cu costuri reduse.
Echipa profesorului Lu a efectuat cercetări aprofundate asupra nanostructurilor de aliaje care au atât faze cristaline, cât și faze amorfe. simultan. Ei au descoperit că neomogenitatea chimică locală, ordinea pe distanță scurtă și distorsiunea severă a rețelei în faza nanocristalină sunt de dorit pentru aplicare în cataliză, în timp ce faza amorfă poate oferi site-uri active abundente cu barieră energetică mai scăzută pentru reacția de evoluție a hidrogenului. Prin urmare, ei și-au dedicat eforturile de cercetare pentru a proiecta și construi aliaje cu două faze pentru a fi electrocatalizatori excelenți pentru producția de hidrogen.
Ei au propus o nouă strategie de proiectare a aliajelor și a nanostructurilor care se bazează pe termodinamică. În primul rând, ei au prezis intervalul de compoziție al formării de fază dublă „cristal-amorfă” în funcție de capacitatea de formare amorfă (GFA). Apoi, folosind metoda simplă de co-pulverizare a magnetronului, ei au pregătit cu succes catalizatorul din aliaj pe bază de aluminiu cu o nanostructură în dublă fază „cristalin-amorfă”.
Datorită acestei nanostructuri, noul catalizator a arătat mai bine performanță electrocatalitică în soluție alcalină decât electrocatalizatorul comercial pe bază de platină, cu suprapotenţialul de numai 28,8 mV la 10 mA cm-2.
„În acest nou catalizator din aliaj pe bază de aluminiu, folosim ruteniu, care este mai ieftin decât platina, ca componentă de metal nobil. Deci poate fi mai puțin costisitor decât electrocatalizatorii comerciali pe bază de platină", a spus profesorul Lu. „În afară de evoluția hidrogenului, mecanismul de electrocataliză nano-dublă poate fi aplicat și altor sisteme catalitice. Designul nanostructurii „sticlă-cristal” oferă o nouă abordare pentru dezvoltarea catalizatorilor de următoarea generație.”
Descoperirile au fost publicate în Science Advances, sub titlul „A crystal glass–nanostructured Al-based electrocatlyst for hydrogen evolution reaction.”
Comentarii:
Adauga Comentariu