Isang pangunahing hakbang patungo sa mas malinis, mas mahusay na paggawa ng masa ng hydrogen mula sa tubig

Ang mga pinuno ng pangkat mula sa Cornell University, Oregon State University at Argonne National Laboratory ay gumagamit ng isang hanay ng mga advanced na tool ng pag-characterize upang pag-aralan ang ebolusyon ng atomic na istraktura ng state-of-the-art OER electrocatalyst, strontium iridate (SrIrO3) sa acid electrolyte upang maunawaan ang pinagmulan ng mataas na aktibidad na naitala nito (1000 beses na mas mataas kaysa sa komersyal na catalyst). iridium oxide) para sa OER. Kredito: Zhenxing Feng, Oregon State University

Mahusay na paggawa ng masa ng hydrogen mula sa tubig ay papalapit sa katotohanan salamat sa mga mananaliksik at nakikipagtulungan mula sa Oregon State University sa Cornell University at Argonne National Laboratory.

Gumamit ang mga mananaliksik ng mga advanced na tool sa pang-eksperimentong upang makakuha ng isang mas malinaw na pag-unawa sa proseso ng electrochemical catalytic, na kung saan ay mas malinis at mas sustainable kaysa sa pagkuha ng hydrogen mula sa natural gas.

Ang mga natuklasan ay nai-publish noong Enero 8, 2021 sa Pagsulong ng pang-agham.

Ang hydrogen ay matatagpuan sa iba’t ibang uri ng mga compound sa Earth, na karaniwang isinasama sa oxygen upang mabuo ang tubig, at maraming mga papel na pang-agham, pang-industriya, at enerhiya. Nangyayari rin ito sa anyo ng mga hydrocarbons, mga compound na binubuo ng hydrogen at carbon, tulad ng methane, ang pangunahing sangkap ng natural gas.

“Ang paggawa ng hydrogen ay mahalaga para sa maraming aspeto ng ating buhay, tulad ng mga automotive fuel cells at paggawa ng maraming kapaki-pakinabang na kemikal, tulad ng ammonia,” sabi ni Zhenxing Feng ng Oregon, isang propesor ng engineering sa kemikal na namuno sa pag-aaral. “Ginagamit din ito sa pagpino ng metal, para sa paggawa ng mga artipisyal na materyales tulad ng mga plastik, at para sa maraming iba pang mga layunin.”

Ayon sa Kagawaran ng Enerhiya, ang Estados Unidos ay gumagawa ng karamihan ng hydrogen nito mula sa isang mapagkukunan ng methane, tulad ng natural gas, na gumagamit ng isang diskarteng kilala bilang reporma sa singaw at methane. Ang prosesong ito ay nagsasangkot ng paglalantad ng methane sa presyuradong singaw sa pagkakaroon ng isang katalista upang makabuo ng isang reaksyon na gumagawa ng hydrogen at carbon monoxide pati na rin ang isang maliit na halaga ng carbon dioxide.

Ang susunod na hakbang ay tinukoy bilang reaksyon ng paglipat ng water-gas, kung saan ang carbon monoxide at singaw ay reaksyon sa pamamagitan ng isa pang katalista upang mabuo ang carbon dioxide at karagdagang hydrogen. Sa huling hakbang, ang adsorption ay tinanggal ng mga pagbabago sa presyon, carbon dioxide at iba pang mga impurities, naiwan ang purong hydrogen.

“Kung ikukumpara sa natural gas reform, ang paggamit ng kuryente mula sa mga nababagong mapagkukunan upang hatiin ang tubig sa hydrogen ay mas malinis at mas sustainable,” sabi ni Feng. “Gayunpaman, ang kahusayan ng cleavage ng tubig ay mababa, higit sa lahat dahil sa mataas na labis na potensyal – ang pagkakaiba sa pagitan ng aktwal na potensyal at teoretikal na potensyal ng electrochemical na reaksyon – ng isang pangunahing kalahating reaksyon sa proseso, reaksyon ng ebolusyon ng oxygen o OER. “

Ang kalahating reaksyon ay alinman sa isang dalawang bahagi na reaksyon ng redox o redox kung saan ang mga electron ay inililipat sa pagitan ng dalawang mga reactant; Ang ibig sabihin ng reduction ay nakakakuha ng mga electron, ang oxidation ay nangangahulugang pagkawala ng mga electron.

Ang konsepto ng mga kalahating reaksyon ay madalas na ginagamit upang ilarawan kung ano ang nangyayari sa isang electrochemical cell, at ang mga kalahating reaksyon ay karaniwang ginagamit bilang isang paraan upang balansehin ang mga reaksyon ng redox. Ang labis na potensyal ay ang saklaw sa pagitan ng teoretikal na boltahe at ang aktwal na boltahe na kinakailangan upang mahimok ang electrolysis – isang reaksyong kemikal na hinimok ng aplikasyon ng isang kasalukuyang kuryente.

“Mahalaga ang mga electrocatalst upang suportahan ang reaksyon ng paghahati ng tubig sa pamamagitan ng pagbawas ng labis na potensyal, ngunit ang pag-unlad ng mga electrocatalst na may mahusay na pagganap ay malayo sa prangka,” sabi ni Feng. “Ang isa sa mga pangunahing hadlang ay ang kakulangan ng impormasyon sa pagbuo ng istraktura ng mga electrocatalologist sa panahon ng operasyon ng electrochemical.” Ang pag-unawa sa pagbuo ng istruktura at kemikal ng electrocatalyst sa panahon ng OER ay mahalaga para sa pagbuo ng mga de-kalidad na materyales para sa mga electrocatalst at pagkatapos ay para sa pagpapanatili ng enerhiya. “

Ang Feng at mga katrabaho ay gumamit ng isang hanay ng mga advanced na tool sa pag-characterize upang pag-aralan ang atomic struktural evolution ng state-of-the-art OER electrocatalyst, strontium iridate (SrIrO3), v acid electrolyte

“Nais naming maunawaan ang pinagmulan ng kanyang record-mataas na aktibidad ng OER – 1,000 beses na mas mataas kaysa sa isang maginoo na komersyal na katalista, iridium oxide,” sabi ni Feng. “Gamit ang kagamitan na X-ray na nakabatay sa synchrotron sa Argonne at laboratory X-ray photoelectron spectroscopy sa Northwest Nanotechnology Infrastructure sa OSU, napagmasdan namin ang pang-ibabaw na kemikal at mala-kristal na walang pagbabago na pagbabago ng SrIrO3 sa panahon ng OER. “

Ang mga obserbasyon ay humantong sa isang malalim na pag-unawa sa kung ano ang nangyayari sa likod ng kakayahan ng strontium iridate upang gumana pati na rin ang catalyst.

“Ang aming detalyadong mga natuklasan sa isang sukat ng atomiko ay nagpapaliwanag kung paano ang aktibong layer ng strontium iridate ay nabuo sa strontium iridate, at tumuturo sa kritikal na papel na ginagampanan ng lattice oxygen activation at bound ion diffusion sa pagbuo ng mga aktibong unit ng OER,” aniya.

Idinagdag ni Feng na ang trabaho ay nagbibigay ng pananaw sa kung paano pinapabilis ng inilapat na potensyal ang pagbuo ng mga functional amorphous layer sa electrochemical interface at humahantong sa mga posibilidad para sa disenyo ng mas mahusay na mga catalista.

Sanggunian: “SrIrO amorphous na mekanismo3 Electrocatalyst: Paano Pinasimulan ng Oxygen Redox ang Ion Diffusion at Structural Reorganization “, ni 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 Rignanans, Geoffroy Hautier, Dillon D. Fong, Zhenxing Feng, Hua Zhou at Jin Suntivich , 8 Enero 2021, Pagsulong ng pang-agham.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc7323

Nagtrabaho si Feng kasama ang Propesor ng Chemical Engineering na si Gregory Herman, na nagpapatakbo ng website ng Northwest Nanotechnology Infrastructure Infrastructure Infrastructure sa Oregon, na pinondohan ng National Science Foundation, at isang dating Ph.D. mag-aaral sa OSU at ngayon ay mag-aaral na postdoctoral sa Unibersidad ng Zurich sa Switzerland.

Ang mga mananaliksik mula sa Université Catholique de Louvain sa Belgium, University of Science and Technology sa China at University of Houston ay nag-ambag din sa pag-aaral.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mga bloke ng dami ng gusali para sa mga kakaibang elektronikong katangian ng magnetiko at magnetiko

Ang mga metal ng paglipat ay naka-crosslink sa graphene ng isang form ng electron beam na nangangako ng mga bloke ng kabuuan ng gusali....

Global Warming Threatens Food Chains – “Ang Epekto ay Maaaring Maging Mahusay”

Sinuri ng pag-aaral ang plankton sa mga lawa ng tubig-tabang na nahantad sa pitong taon ng pang-eksperimentong init. Kredito: University of Exeter Ang pagtaas...

Pagbotelya ng Pinakalamig na Plasma sa Daigdig upang Ipakita ang mga Lihim ng Lakas ng Fusion

Ang mag-aaral na nagtapos sa Rice University na si Grant Gorman ay nagtatrabaho sa Rice's Ultracold Atoms at Plasmas Lab. Larawan: Jeff Fitlow...

Pakiramdam ng Paglahok sa Susi sa Pagsulong

Ang mga mag-aaral ng high school ay lalo na na uudyok sa loob ng paaralan kung sa palagay nila kabilang sila sa kanilang paaralan. Maaaring...

Ang mga mananaliksik ay nagkakaroon ng mas mabilis na pagtatasa ng network upang mapahusay ang mga referral algorithm at mga paghahanap sa web

Ang mga mananaliksik ng MIT ay bumuo ng software upang mas mahusay na patakbuhin ang mga aplikasyon ng grapiko sa isang saklaw ng hardware...

Newsletter

Subscribe to stay updated.