کاتالیزور در تولید هیدروژن قلیایی پلاتین

1 امتیاز2 امتیاز3 امتیاز4 امتیاز5 امتیاز
Loading...
  • تاریخ انتشار : ۱۳۹۸/۰۲/۲۹

کاتالیزور روتنیم در تولید پایدار هیدروژن برای انرژی پاک و در فرایندهای صنعتی کاربرد بالقوه ای دارد، کاتالیست جدید مبتنی بر روتنیم که در UC Santa Cruz توسعه یافته است عملکرد الکترواستاتیک قلیایی را برای تولید هیدروژن به طور قابل توجهی بهتر از کاتالیزورهای پلاتین تجاری نشان می دهد. کاتالیزور یک ماده کامپوزیتی نانوساختاری است که از نانو سیمهای کربن با اتم های روتنیم به نیتروژن و کربن متصل شده است تا مکان های فعال در ماتریس کربن را تشکیل دهند.

تجزیه الکتروشیمیایی آب برای تولید هیدروژن، یک گام مهمی در توسعه هیدروژن به عنوان سوخت پاکیزه و سازگار با محیط زیست است. بخش عمده ای از تلاش برای کاهش هزینه و افزایش کارایی این فرآیند بر یافتن جایگزینی برای کاتالیزورهای مبتنی بر پلاتین متمرکز شده است. در UC سانتا کروز، محققان به رهبری شاوئی چن، استاد شیمی و بیوشیمی، تحقیقات کاتالیزورهای ساخته شده توسط ترکیب روتونیوم و نیتروژن را به مواد نانوکامپوزیتی مبتنی بر کربن انجام داده اند. یافته های جدید خود، که در ۷ فوریه در Nature Communications منتشر شد، نه تنها عملکرد قابل ملاحظه ای از کاتالیزور مبتنی بر روتنیم خود را نشان می دهند، بلکه همچنین بینش های مربوط به مکانیزم های درگیر را ارائه می دهند که ممکن است منجر به بهبود بیشتر شود. چن گفت: “این یک تظاهرات واضح است که روتنیم می تواند فعالیت قابل توجهی در تولید کاتالیزور هیدروژن از آب داشته باشد.” ما همچنین مواد مربوط به مقیاس اتمی را مشخص کردیم که به ما در درک مکانیسم ها کمک کرد و ما می توانیم از این نتایج برای طراحی و مهندسی منطقی کاتالیزورهای مبتنی بر روتنیم استفاده کنیم. ”

میکروسکوپ الکترونی و تجزیه و تحلیل نقشه برداری عنصری مواد نشان دهنده نانوذرات روتنیم و همچنین اتم های روتنیم فردی در ماتریس کربن هستند. به طور شگفت انگیز، محققان دریافتند که سایت های اصلی فعالیت کاتالیزوری، به جز نانوذرات روتنیم، تنها اتم های روتنیم هستند. “این یک پیشرفت بود، زیرا مطالعات بسیاری مربوط به فعالیت کاتالیزوری به نانوذرات روتنیم بوده است. ما دریافتیم که اتمهای تک سلولی فعال هستند اما هر دو نانوذرات و اتم های تک به فعالیتشان کمک می کنند.” Bingzhang Lu با همراه یوان پینگ، استادیار شیمی و بیوشیمی مشغول به انجام محاسبات نظری بود که نشان می دهد که چرا اتم های اتمی روتنیم، مراکز کاتالیزوری فعال تر از نانوذرات روتنیم هستند. پینگ گفت: “ما محاسبات مستقل از اصول اولیه انجام دادیم تا نشان دهد که چگونه روتنیم با این ماده کربن و نیتروژن شکل می گیرد و چگونه این مانع واکنش را کاهش می دهد تا فعالیت کاتالیزوری بهتر شود.”

چن گفت که او درخواست تجدیدنظر برای آماده سازی تجربی کاتالیزورهای مبتنی بر روتنیم را ارائه کرده است. وی خاطر نشان کرد که علاوه بر برنامه های کاربردی بالقوه برای تولید هیدروژن به عنوان بخشی از سیستم های انرژی پایدار، الکترولیز آب قلیایی در حال حاضر به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی استفاده می شود، همچنین فرایند مربوط به الکترولیز کربن قلیایی است که می توان آن را نیز از کاتالیزور روتنیم استفاده کرد . بنابراین یک بازار بزرگ برای کاتالیزورهای ارزان و کارآمد وجود دارد. الکترولیز آب برای تولید هیدروژن می تواند در شرایط اسیدی یا قلیایی انجام شود و هر روش دارای مزایا و معایب است. کاتالیزور پلاتین در رسانه های اسیدی بسیار مؤثرتر از آنند که در محدوده قلیایی قرار دارند. چن گفت که کاتالیزورهای مبتنی بر روتنیم تقریبا همانند پلاتین را در رسانه های اسیدی انجام می دهند، در حالیکه پلاتین را در رسانه های قلیایی بهتر عمل می کنند. در کار آتی، محققان تلاش خواهند کرد که تعداد سایت های فعال در مواد را به حداکثر برسانند. او گفت که آنها همچنین می توانند از فلزات دیگر در همان پلت فرم نانوکامپوزیت استفاده کنند.