Adından da göründüyü kimi, bu gün əksər elektron cihazlar elektronların hərəkəti ilə işləyir. Lakin hidrogen atomunun nüvəsi olan protonları səmərəli şəkildə keçirə bilən materiallar qlobal iqlim dəyişikliyi ilə mübarizə üçün bir sıra mühüm texnologiyaların açarı ola bilər.

Hazırda mövcud olan proton keçirici qeyri-üzvi materialların əksəriyyəti kifayət qədər yüksək keçiriciliyə nail olmaq üçün arzuolunmaz yüksək temperatur tələb edir. Bununla belə, aşağı temperatur alternativləri, hidrogendən təmiz elektrik istehsal etmək üçün daha səmərəli və davamlı yanacaq elementləri, nəqliyyat üçün hidrogen kimi təmiz yanacaq hazırlamaq üçün elektrolizatorlar, bərk cisim proton batareyaları və hətta yeni növlər kimi müxtəlif texnologiyalara imkan verə bilər. ion-elektron effektlərə əsaslanan hesablama cihazları.

MİT mühəndisləri proton keçiricilərinin inkişafını inkişaf etdirmək üçün sürətli proton keçiriciliyinə səbəb olan materialların müəyyən xüsusiyyətlərini müəyyən etdilər. Bu xüsusiyyətlərdən kəmiyyətcə istifadə edərək, komanda sürətli proton keçiriciləri kimi vəd verən yarım düzine yeni namizəd müəyyən etdi. Simulyasiyalar göstərir ki, bu namizədlər mövcud materiallardan daha yaxşı performans göstərəcəklər, baxmayaraq ki, onlar hələ də eksperimental olaraq uyğunlaşdırılmalıdır. Tədqiqat potensial yeni materialları aşkar etməklə yanaşı, bu cür materialların necə işlədiyini atom səviyyəsində daha dərindən başa düşməyi də təmin edir.

Yeni tapıntılar Energy and Environmental Sciences jurnalında MİT professorları Bilge Yıldız və Ju Li, postdokslar Pjotrs Zguns və Konstantin Klyukin və onların əməkdaşı Sossina Haile və Şimal-Qərb Universitetindən olan tələbələrin məqaləsində təsvir edilib. Yıldız Nüvə Elmləri və Mühəndisliyi və Material Elmləri və Mühəndisliyi departamentlərində Breene M. Kerr professorudur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1873531024&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721804513&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-07-proton-materials-enable-green-energy.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801887780&bpp=1&bdt=532&idt=322&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D9ead181ef67abbaa%3AT%3D1721801884%3ART%3D1721804056%3AS%3DALNI_MYoq0akGsLUXhAUIhnaG6TQeS4STg&eo_id_str=ID%3Db268401c0e4aeef7%3AT%3D1721801884%3ART%3D1721804056%3AS%3DAA-AfjYSUg2K_FFfwOkLTloH9McJ&prev_fmts=0x0%2C1423x739&nras=2&correlator=4301907011769&frm=20&pv=1&ga_vid=1057348607.1721801883&ga_sid=1721801888&ga_hid=544746043&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=1739&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C42532524%2C44795921%2C95334525%2C95334828%2C95337026%2C95337868%2C95338264%2C95337094%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=1734973257699273&tmod=347928601&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=1&fsb=1&dtd=M

“Proton keçiriciləri, karbon dioksidsiz elektrik istehsal etmək üçün hidrogendən istifadə etdiyimiz yanacaq hüceyrələri kimi təmiz enerji çevrilmə tətbiqlərində lazımdır” deyə Yıldız izah edir. “Biz bu prosesi səmərəli şəkildə yerinə yetirmək istəyirik və buna görə də bu cür cihazlar vasitəsilə protonları çox sürətli daşıya bilən materiallara ehtiyacımız var.”

Hidrogen istehsalının hazırkı üsulları, məsələn, buxar-metan reformasiyası, çox miqdarda karbon qazı buraxır. “Bunu aradan qaldırmağın bir yolu su buxarından elektrokimyəvi yolla hidrogen çıxarmaqdır və bunun üçün çox yaxşı proton keçiriciləri lazımdır” dedi Yıldız. Digər mühüm sənaye kimyəvi maddələrinin və ammonyak kimi potensial yanacaqların istehsalı da yaxşı proton keçiriciləri tələb edən səmərəli elektrokimyəvi sistemlər vasitəsilə həyata keçirilə bilər.

Lakin protonları keçirən qeyri-üzvi materialların əksəriyyəti yalnız 200 ilə 600 dərəcə Selsi (təxminən 450 ilə 1100 Fahrenheit) və ya daha yüksək temperaturda işləyə bilər. Belə temperatur saxlamaq üçün enerji tələb edir və materialların deqradasiyasına səbəb ola bilər.

“Daha yüksək temperaturlara getmək arzuolunan deyil, çünki bu, bütün sistemi daha çətinləşdirir və materialın dayanıqlığı problemə çevrilir” dedi Yıldız. ” Otaq temperaturunda yaxşı qeyri-üzvi proton keçiricisi yoxdur .”

O deyir ki, bu gün yeganə məlum otaq temperaturu proton keçiricisi hesablama cihazlarında tətbiq üçün praktiki olmayan polimer materialdır, çünki onu asanlıqla nanometr rejiminə endirmək mümkün deyil.

Problemi həll etmək üçün komanda əvvəlcə bərk turşular adlanan qeyri-üzvi proton keçiriciləri sinfini götürərək proton keçiriciliyinin tam olaraq necə işlədiyinə dair əsas və kəmiyyət anlayışını inkişaf etdirməli idi. “İlk növbədə bu qeyri-üzvi birləşmələrdə proton keçiriciliyini nəyin idarə etdiyini başa düşmək lazımdır ” deyir. Materialların atom konfiqurasiyasına baxarkən tədqiqatçılar materialların proton daşıma potensialı ilə birbaşa əlaqəli olan bir cüt xüsusiyyət müəyyən etdilər.

Yıldızın izah etdiyi kimi, proton keçiriciliyi əvvəlcə “donor oksigen atomundan akseptor oksigenə hoppanan bir protonu əhatə edir. Sonra ətraf mühit yenidən təşkil edilməli və qəbul edilmiş protonu uzaqlaşdırmalıdır ki, o, başqa bir qonşu qəbulediciyə keçə bilsin ki, bu da uzun məsafəni təmin etsin. proton diffuziyası.”

O deyir ki, bu proses bir çox qeyri-üzvi bərk maddələrdə olur. O deyir ki, bu sonuncu hissənin necə işlədiyini – qəbul edilmiş protonu orijinal donor atomdan götürmək üçün atom qəfəsinin necə yenidən təşkil edildiyini anlamaq bu tədqiqatın əsas hissəsi idi.

Tədqiqatçılar 200 dərəcədən yuxarı temperaturda yaxşı proton keçiricilərinə çevrilən bərk turşular adlanan materiallar sinfini öyrənmək üçün kompüter simulyasiyalarından istifadə ediblər. Bu sinif materialların polianion qrupunun alt qəfəsi adlanan alt quruluşu var və bu qruplar fırlanmalı və protonu orijinal yerindən uzaqlaşdırmalıdır ki, daha sonra digər saytlara keçə bilsin.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=2793866484&adk=675901022&adf=1897700409&pi=t.ma~as.2793866484&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1721804571&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2024-07-proton-materials-enable-green-energy.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90L0EpQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyNi4wLjY0NzguMTgzIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI2LjAuNjQ3OC4xODMiXV0sMF0.&dt=1721801887781&bpp=1&bdt=534&idt=534&shv=r20240722&mjsv=m202407180101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D9ead181ef67abbaa%3AT%3D1721801884%3ART%3D1721804513%3AS%3DALNI_MYoq0akGsLUXhAUIhnaG6TQeS4STg&eo_id_str=ID%3Db268401c0e4aeef7%3AT%3D1721801884%3ART%3D1721804513%3AS%3DAA-AfjYSUg2K_FFfwOkLTloH9McJ&prev_fmts=0x0%2C1423x739%2C540x135%2C1005x124&nras=3&correlator=4301907011769&frm=20&pv=1&ga_vid=1057348607.1721801883&ga_sid=1721801888&ga_hid=544746043&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=3280&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=326&eid=44759876%2C44759927%2C44759837%2C42532524%2C44795921%2C95334525%2C95334828%2C95337026%2C95337868%2C95338264%2C95337094%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&psts=AOrYGsme9D0gg73MOXcbKqQ3P1xG9pcr7hECtyE-784rQcC9zWGQCsZLP96cxmCRiQurCeEW1ABc6_QRiYzAcqmZ0Y8-lrFB5n6aHJNYctxTZgnTc6s%2CAOrYGskf2rCckPOmgGJTtdsP7u6rthnJmNHqe_c4AoWSHLt1EI8fZACJbOE5XMHhTKcdQojRenTTM6HyN_UopRWTB-buuTai&pvsid=1734973257699273&tmod=347928601&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Tədqiqatçılar proton keçiriciliyi üçün vacib olan bu alt qəfəsin elastikliyinə töhfə verən fononları müəyyən edə bildilər. Sonra onlar bu məlumatdan daha yaxşı proton keçirici materialların axtarışında nəzəri və təcrübi cəhətdən mümkün birləşmələrin geniş məlumat bazalarını araşdırmaq üçün istifadə etdilər.

Nəticədə, onlar perspektivli proton keçiriciləri olan və müxtəlif müxtəlif tətbiqlər üçün işlənib hazırlanmış, lakin əvvəllər heç vaxt proton keçiriciləri kimi öyrənilməmiş bərk turşu birləşmələrini tapdılar; bu birləşmələrin qəfəs çevikliyinin tam uyğun xüsusiyyətlərinə malik olduğu ortaya çıxdı.

Komanda daha sonra yanacaq elementləri və ya digər istifadələr üçün proton keçiriciləri kimi uyğunluğunu təsdiqləmək üçün ilkin skrininqdə müəyyən etdikləri xüsusi materialların müvafiq temperaturda necə işləyəcəyinə dair kompüter simulyasiyalarını həyata keçirdi. Əlbəttə ki, onlar ən yaxşı mövcud bərk turşu proton keçiricilərindən daha sürətli proton keçirmə sürətinə malik altı perspektivli material tapdılar.

“Bu simulyasiyalarda qeyri-müəyyənliklər var” deyə Yıldız xəbərdarlıq edir. “Mən keçiriciliyin nə qədər yüksək olacağını dəqiq söyləmək istəmirəm, lakin bunlar çox perspektivli görünür. Ümid edirəm ki, bu, eksperimental sahəni onları müxtəlif formalarda sintez etməyə və bu birləşmələrdən proton keçiriciləri kimi istifadə etməyə sövq edir.”

O deyir ki, bu nəzəri tapıntıların praktiki cihazlara çevrilməsi bir neçə il çəkə bilər. Ehtimal edilən ilk tətbiqlər elektrokimyəvi hüceyrələr üçün yanacaq və hidrogen və ammonyak kimi kimyəvi xammal istehsal etmək olacaq, deyir.

Daha çox məlumat: Pjotrs Žguns et al, Polianion qruplarının dinamikasına və proton birləşmə gücünə əsaslanan sürətli bərk turşu proton keçiricilərinin aşkarlanması, Enerji və Ətraf Mühit Elmləri (2024). DOI: 10.1039/D4EE01219D

Jurnal məlumatı: Enerji və Ətraf Mühit Elmləri