Milli Elm və Texnologiya Tədqiqat Şurası tərəfindən

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriKatalizator yeni üsul və nüvə-qabıq katalizator modeli ilə hazırlanmışdır. Kredit: Koreya Enerji Tədqiqatları İnstitutu

Tədqiqatçılar 0,3 nanometr qalınlığında metal nazik təbəqələri dəqiq idarə etmək üçün adətən insanlar üçün zərərli olan karbonmonoksitdən istifadə edən texnologiya hazırlayıblar. Bu texnologiya yanacaq hüceyrələrinin iqtisadi səmərəliliyinin yaxşılaşdırılmasında əsas amil olan nüvəli katalizatorların daha sürətli və sadə istehsalına imkan verir və əlaqədar sənayeləri əhəmiyyətli dərəcədə artıracağı gözlənilir.

Nəticələr ACS Nano jurnalında dərc olunub . Komandaya Koreya Enerji Tədqiqatları İnstitutunun Hidrogen Yanacaq Hüceyrələri Laboratoriyasından Dr. Gu-Qon Park, Dr. Yongmin Kwon və Dr. Eunjik Lee daxildir.

Nüvə-qabıq katalizatorları yanacaq hüceyrələrini necə yaxşılaşdırır

Əsas qabıq katalizatorları daxili nüvənin və xarici qabığın müxtəlif metallardan ibarət olduğu katalizatorlara aiddir . Tipik olaraq, nüvə aşağı qiymətli metaldan, qabıq isə yanacaq hüceyrələrində reaksiyaları təşviq edən platindən hazırlanır. Bu struktur, yalnız az miqdarda bahalı platin istifadə edərkən yüksək performansı qorumağa imkan verir, əsas katalizatorları yanacaq elementlərinin iqtisadi səmərəliliyinin artırılmasında strateji amil edir.

Yüksək performanslı nüvə-qabıq quruluşuna nail olmaq üçün nüvənin səthinə atomik olaraq qalın bir qabıq dəqiq şəkildə örtülməlidir. Bu məqsədlə, qabıq qalınlığına dəqiq nəzarət üçün mis-az potensiallı çökmə (Cu-UPD) üsulundan istifadə edilmişdir ki, bu üsulda əvvəlcə nüvəyə nazik bir qiymətli mis təbəqəsi qoyulur, sonra isə platinin dəyişdirilməsi aparılır.

Bununla belə, bu yanaşma, səth oksidlərini çıxarmaq üçün əlavə addımlar da daxil olmaqla, atom səviyyəli mis təbəqəsi yaratmaq üçün yüksək dəqiqlikli gərginliyə nəzarət tələb edir. Bu amillər əsas katalizatorların geniş miqyaslı istehsalını mürəkkəb və vaxt aparan edir.Dərc edilmiş araşdırmanın yer aldığı jurnalın üz qabığının içərisində. Kredit: Koreya Enerji Tədqiqatları İnstitutu

Yeni üsul karbonmonoksitdən istifadə edir

Bunu həll etmək üçün komanda karbon monoksitinin redoks davranışından istifadə edən bir üsul olan CO Adsorbsiya ilə İndüklənmiş Çöküntü (CO AID) hazırladı. O, əlavə addımlar və ya azaldıcı vasitələr olmadan dəqiq metal örtüyünə imkan verir və emal müddətini ənənəvi metodların onda birinə qədər azaldır.

Tədqiqatçılar diqqətlərini karbonmonoksitin metal səthlərə güclü yaxınlığına yönəldiblər. CO metallara asanlıqla yapışır və nəfəs aldıqda qandakı dəmir ionlarına güclü şəkildə bağlanır, oksigen daşınmasının qarşısını alır və ciddi sağlamlıq riskləri yaradır. Bu xüsusiyyət CO-nun təhlükəli qaz kimi tanınmasının səbəbidir.

Bu anlayışa əsaslanaraq, komanda karbonmonoksitin tək molekulyar təbəqə kimi əsas metal səthinə adsorbsiyasını təmin etdi. Daha sonra platin seçici şəkildə bu təbəqəyə endirilərək tədqiqatçılara qabığın qalınlığını təxminən 0,3 nanometrlik ultra nazik miqyasda dəqiq idarə etməyə imkan verdi.

Üstünlüklər və potensial tətbiqlər

Bu yanaşma ilə 30 dəqiqədən 2 saata kimi kiloqram miqyaslı miqdarda nüvəli katalizatorlar istehsal oluna bilər ki, bu da 24 saatdan çox vaxt aparan adi mis çökdürmə üsulları ilə müqayisədə təsirli bir irəliləyişdir. Üstəlik, proses karbonmonoksidin xas redoks aktivliyindən istifadə etdiyi üçün elektrokimyəvi sistemlərə və ya əlavə reduksiyaedici maddələrə ehtiyacı aradan qaldırır.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Yeni işlənmiş metoddan istifadə edərək, komanda platini palladium, qızıl və iridium kimi metalların üzərinə örtərək nüvəli katalizatorlar hazırladı. Xüsusilə, palladium əsaslı platin nüvəli qabıq katalizatoru kommersiyada mövcud olan karbon üzərində platin (Pt/C) katalizatorlarından təxminən iki dəfə ORR aktivliyi və 1,5 dəfə davamlılıq nümayiş etdirdi.

Aparıcı tədqiqatçı Dr. Park izah etdi ki, “Bu iş dəm qazının toksikliyini nanoölçülü nazik təbəqəyə nəzarət üçün alətə çevirmək fikrindən irəli gəlir. Materialların atom səviyyəsində dəqiq şəkildə işlənməsinə imkan verməklə və emal müddətini kəskin şəkildə azaltmaqla, texnologiya əla kommersiya perspektivləri ilə yeni sintez paradiqmasını təqdim edir.”

Tədqiqat qrupunun üzvü Dr. Kwon qeyd etdi ki, “Dəm qazı kimi sadə bir şeydən istifadə etməklə metal nanohissəciklərin səthlərini atom təbəqəsi miqyasında manipulyasiya edə bilmək bu texnologiyanın təkcə yanacaq hüceyrəsi katalizatorlarının istehsalı üçün deyil, həm də nanohissəciklərin istehsalı və yarımkeçirici materialların inkişafı üçün geniş təsirləri ola bilər.”

Daha çox məlumat: Yongmin Kwon və digərləri, CO Adsorbsiya ilə İnduksiya Edilən Çöküntü: Core-Shell katalizatorları üçün asan və dəqiq sintez marşrutu, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c16647

Jurnal məlumatı: ACS Nano 

Milli Elm və Texnologiya Tədqiqat Şurası tərəfindən təmin edilmişdir