Tohoku Universiteti tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Köməkçi hərəkətverici təsirin sxematik təsviri, onun HER prosesinin sürətləndirilməsindəki rolunu vurğulayır. Müəllif: Hao Li və başqaları.

Sudan təmiz hidrogen istehsal etmək çox vaxt bərpa olunan enerjini kimyəvi formada saxlamaqla müqayisə edilir, lakin bu prosesin səmərəliliyini artırmaq elmi bir problem olaraq qalır. Tohoku Universitetinin tədqiqatçıları artıq qələvi şəraitdə hidrogenin daha rahat əmələ gəlməsinə kömək edən katalizator dizaynı hazırlayıblar ki, bu da praktik yaşıl hidrogen istehsalına doğru əsas addımdır.

Əsər ACS Catalysis jurnalında dərc olunub .

Hidrogen təkamülündə əsas addımların balanslaşdırılması

Qələvi su elektrolizində hidrogen əmələ gəlməsi hidrogenin ayrılması reaksiyasından (HER) asılıdır. Anion mübadiləsi membran su elektrolizində (AEMWE) bu reaksiya iki sıx əlaqəli mərhələni əhatə edir: su molekullarının parçalanması və hidrogen qazının əmələ gəlməsi. Hər hansı bir mərhələ yavaşlayarsa, ümumi performans pisləşir.

Mövcud katalizatorların çoxu bu mərhələlərdən yalnız birini təkmilləşdirir. Səmərəliliyin yalnız qismən artması ümumi məhsuldarlığa mənfi təsir göstərə bilər. Bu, bir işçinin daha sürətli hərəkət etdiyi, lakin digərinin ona çata bilmədiyi montaj xəttinə bənzəyir. Bu balanssızlığı aradan qaldırmaq üçün tədqiqat qrupu hər iki mərhələni eyni anda əlaqələndirməyə diqqət yetirdi.

Tədqiqatçılar rutenium (Ru) ilə vanadium dioksidi (VO₂) birləşdirən köməkçi hərəkətverici strategiya təklif etdilər . Ru aktiv mərkəzlərini VO₂ ilə əhatə etməklə katalizator həm suyun dissosiasiya mərhələsini (Volmer mərhələsi), həm də hidrogen əmələ gəlmə mərhələsini (Heyrovski mərhələsi) ardıcıl olaraq optimallaşdırmaq üçün hazırlanmışdır.

Ru və VO₂ arasındakı sərhəddə VO₂-Ru konjuge edilmiş π-rabitələrinin əmələ gəlməsi aktiv mərkəzlərin elektron quruluşunu dinamik şəkildə tənzimləyir. Bu, suyun daha sürətli dissosiasiyasına kömək edir. Eyni zamanda, geri dönən hidrogen sızması prosesi hidrogen adsorbsiyasını tənzimləməyə kömək edir və katalizatoru mikrokinetik modellər tərəfindən proqnozlaşdırılan optimal reaksiya şərtlərinə yaxınlaşdırır.Ru/VO2 _– CNF-lərin sintezi və strukturunun aydınlaşdırılması. Müəllif: Hao Li və başqaları.

Cihazlar və ölçülərdə performans artımları

Eyni sınaq şəraitində yeni katalizator ənənəvi Ru/C və Pt/C katalizatorlarına nisbətən daha yüksək hidrogen ayrılma aktivliyi göstərdi. 10 mA sm⁻²-də 12 mV həddindən artıq potensiala və 12,2 s⁻¹ dövriyyə tezliyinə nail oldu ki, bu da aşağı enerji itkisi ilə səmərəli hidrogen istehsalına işarə edir.

Komanda həmçinin işləyən AEMWE cihazındakı katalizatoru qiymətləndirdi. Relaksasiya vaxtının paylanması (DRT) təhlilindən istifadə edərək, onlar laboratoriya testlərində müşahidə edilən təkmilləşdirilmiş reaksiya kinetikasının cihaz səviyyəli performansa çevrildiyini təsdiqlədilər.

Tohoku Universitetinin Qabaqcıl Material Tədqiqatları İnstitutunun dosenti Yizhou Zhang bildirib ki, “Bu köməkçi idarəetmə konsepsiyası bizə birdən çox reaksiya addımını ayrıca optimallaşdırmaq əvəzinə, onları əlaqələndirməyə imkan verir. Ru və VO₂ arasındakı interfeysi mühəndisliklə təmin etməklə, qələvi hidrogen təkamülündə ümumi reaksiya kinetikasını yaxşılaşdıra bilərik.”(a) Ru/VO2-CNF-lərin və Ru-CNF-lərin diferensial yük sıxlığı fərqi _, burada sarı və mavi bölgələr müvafiq olaraq yük yığılmasını və tükənməsini göstərir. (b) Əlavədə göstərilən müvafiq TS ilə qələvi HER prosesi üçün Gibbs sərbəst enerji diaqramı. (c) Hidrogen dağılması prosesi zamanı müxtəlif yerlərdə H* strukturları. (d) Hidrogen dağılması prosesi üçün enerji maneəsi. (e) Ru/VO2 _{– CNF-lər üçün OH-H vəziyyətinin PDOS-u. (f) Ru/VO2 –} CNF-lər üçün OH+H vəziyyətinin PDOS-u . (g) Ru/VO2 _– CNF-lər, Ru-CNF-lər, Pt/C və Ru/C üçün hidrogen desorbsiya pik mövqelərinin skan sürətlərinə qarşı qrafikləri . (h) Qələvi şəraitdə simulyasiya edilmiş HER-in 2D mikrokinetik vulkanı (ΔGH∗, ΔGOH∗) funksiyası kimi. Müəllif: Hao Li və başqaları.

Yaşıl hidrogen və məlumatlara çıxış üçün təsirlər

Daha səmərəli və davamlı elektrolizatorlar hidrogen istehsalı üçün tələb olunan elektrik enerjisini azalda və sistemin ömrünü uzada bilər. Yaşıl hidrogenin maya dəyərinin aşağı salınması onun polad istehsalı, kimya istehsalı, gəmiçilik və genişmiqyaslı enerji saxlama kimi sektorlarda daha geniş istifadəsini dəstəkləyə bilər.

Tədqiqatçılar interfeys strukturunu daha da təkmilləşdirməyi və köməkçi idarəetmə strategiyasının digər katalitik sistemlərə tətbiq oluna biləcəyini araşdırmağı planlaşdırırlar.

Bütün əsas təcrübi və hesablama məlumatları , Hao Li Laboratoriyası tərəfindən bu günə qədər hazırlanmış ən böyük kataliz verilənlər bazası olan Rəqəmsal Kataliz Platformasına da yüklənir .

Nəşr detalları

Tingyu Lu və digərləri, Ümumi Qələvi Hidrogen Təkamülünün Gücləndirilməsi üçün Su Dissosiasiyasının və Hidrogen Dağılımının Mərhələli Sürətləndirilməsi, ACS Kataliz (2026). DOI: 10.1021/acscatal.5c08576

Jurnal məlumatı: ACS Kataliz 

Tohoku Universiteti tərəfindən təmin edilir