[ad_1]

کاتالیزورهای پایدار برای انرژی جدید

کارینا برونهوفر (چپ) ، دومینیک دوروراک (راست) اعتبار: TU Wien

در راه CO2اقتصاد خنثی ، ما باید طیف وسیعی از فن آوری ها را بهبود بخشیم – از جمله استخراج الکتروشیمیایی هیدروژن از آب ، سلول های سوختی یا جذب کربن. همه این فناوری ها یک چیز مشترک دارند: آنها فقط در صورت استفاده از کاتالیزورهای مناسب کار می کنند. بنابراین ، برای سالهای زیادی ، محققان در حال تحقیق در مورد مناسب ترین مواد برای این منظور بوده اند.

ترکیبی منحصر به فرد از روش های تحقیقاتی برای این نوع تحقیق در TU Wien و مرکز الکتروشیمی و فناوری سطح CEST در Wiener Neustadt ارائه شده است. دانشمندان با هم می توانند نشان دهند: جستجوی کاتالیزور کامل نه تنها یافتن مواد مناسب بلکه جهت گیری آنها نیز می باشد. بسته به جهتی که کریستال بریده می شود و از این رو کدام یک از اتم های آن را به جهان خارج بر روی سطح خود ارائه می دهد ، رفتار آن می تواند به طرز چشمگیری تغییر کند.

کارایی یا ثبات

پروفسور مارکوس والتینر از انستیتوی فیزیک کاربردی در TU Wien (IAP) می گوید: “برای فرایندهای بسیار مهم در الکتروشیمی ، فلزات گرانبها اغلب به عنوان کاتالیزور مانند اکسید ایریدیم یا ذرات پلاتین استفاده می شوند.” در بسیاری از موارد ، اینها کاتالیزورهایی هستند که کارایی بالایی دارند. با این وجود ، نکات مهم دیگری نیز باید در نظر گرفته شود: پایداری کاتالیزور و در دسترس بودن و بازیافت مواد. م itثرترین ماده کاتالیزور اگر فلزی نادر باشد ، بعد از مدت کوتاهی حل شود ، دچار تغییرات شیمیایی شود یا به دلایل دیگر غیرقابل استفاده شود ، کاربرد کمی دارد.

به همین دلیل ، کاتالیزورهای پایدارتر دیگری مانند اکسید روی مورد توجه قرار می گیرند ، اگرچه حتی از کارآیی کمتری نیز برخوردار هستند. با ترکیب روشهای مختلف اندازه گیری ، اکنون می توان نشان داد که با مطالعه نحوه ساختار سطح بلورهای کاتالیزور در مقیاس اتمی ، می توان به طور قابل توجهی کارایی و پایداری این نوع کاتالیزورها را بهبود بخشید.

همه چیز به جهت بستگی دارد

کریستال ها می توانند سطوح مختلفی داشته باشند: مارکوس والتینر می گوید: “بیایید یک بلور مکعبی شکل را تصور کنیم که آن را از دو قسمت جدا کردیم.” “ما می توانیم مکعب را از وسط ببریم و دو مکعب ایجاد کنیم. یا می توانیم آن را به صورت مورب و با زاویه 45 درجه برش دهیم. سطوح برشی که در این دو حالت بدست می آوریم متفاوت است: اتمهای مختلف در فواصل مختلف قرار دارند از یکدیگر بر روی سطح بریده شده. بنابراین ، این سطوح می توانند در فرآیندهای شیمیایی بسیار متفاوت رفتار کنند “.

بلورهای اکسید روی مکعبی شکل نیستند ، بلکه شش ضلعی تشکیل می شوند ، شبیه لانه زنبوری ، اما در اینجا اصل یکسانی اعمال می شود: خصوصیات آن به محل قرار گیری اتم های سطح بستگی دارد. مارکوس والتینر می گوید: “اگر زاویه مناسب سطح را انتخاب کنید ، سوراخ های کوچک مثلثی میکروسکوپی با قطر فقط چند اتم در آنجا تشکیل می شود.” “اتم های هیدروژن می توانند به آنجا متصل شوند ، فرایندهای شیمیایی اتفاق می افتد که به جداسازی آب کمک می کند اما در عین حال خود ماده را تثبیت می کند.”

اکنون تیم تحقیقاتی توانسته است این تثبیت را برای اولین بار اثبات کند: “مارکوس والتینر” توضیح می دهد: “در سطح کاتالیزور ، آب به هیدروژن و اکسیژن جدا می شود. در حالی که این فرآیند در حال انجام است ، ما می توانیم از نمونه های مایع استفاده کنیم و بررسی کنیم که آیا آنها دارای اثری از کاتالیزور هستند.” . “برای این کار ، ابتدا باید مایع به شدت در پلاسما گرم شود و به اتمهای جدا شود. سپس این اتمها را به یک طیف سنج جرمی جدا کرده و آنها را عنصر به عنصر طبقه بندی می کنیم. اگر کاتالیزور پایدار باشد ، به سختی می توانیم آن را پیدا کنیم در حقیقت ، ما نمی توانیم در هنگام تولید هیدروژن تجزیه ای از مواد در ساختار مثلث اتمی پیدا کنیم. ” این اثر تثبیت کننده به طرز شگفت انگیزی قوی است – تیم اکنون در تلاش است تا اکسید روی را حتی بیشتر کارآمد سازد و اصل فیزیکی این تثبیت را به مواد دیگر منتقل کند.

فرصت های تحقیقاتی منحصر به فرد برای تحول سیستم انرژی

ساختارهای سطح اتمی سالهاست که در TU Wien مورد مطالعه قرار گرفته اند. ماركوس والتینر می گوید: “در م instسسه ما ، این ساختارهای مثلثی برای اولین بار سالها پیش به نمایش در آمد و به صورت تئوری توضیح داده شد ، و در حال حاضر ما اولین کسانی هستیم كه اهمیت آنها را برای الكتروشیمی نشان می دهیم.” “این بدان دلیل است که در اینجا ما در شرایط منحصر به فردی قرار داریم که می توانیم تمام مراحل تحقیقاتی لازم را در یک سقف – از تهیه نمونه تا شبیه سازی ابر رایانه ، از میکروسکوپ خلاuum بسیار بالا گرفته تا آزمایشات عملی در یک محیط واقع بینانه” ترکیب کنیم. “

کارینا برونهوفر ، دانشجوی IAP می گوید: “این همکاری بین تخصص های مختلف زیر یک سقف بی نظیر است و مزیت بزرگ ما این است که یک رهبر جهانی در تحقیق و تدریس در این زمینه هستیم.”

“طی ده سال آینده ، ما سیستم های جداسازی آب و CO پایدار و مناسب را توسعه خواهیم داد2 کاهش مبتنی بر تحولات روش شناختی و درک اساسی از شیمی سطح و فیزیک ، “می گوید دومینیک دورچاک ، اولین نویسنده مطالعه اخیرا منتشر شده است.” با این حال ، حداقل باید به طور موازی دو برابر ثابت از خروجی فعلی حاصل شود ، “مارکوس والتینر خاطرنشان می کند:” بنابراین ما فقط در یک مسیر هیجان انگیز برای دستیابی به اهداف آب و هوایی خود تنها با تحقیق و توسعه مداوم و بین بخشی هستیم.


طراحی کاتالیزور برای جداسازی آب با استفاده از زیست توده از مخمر باطله


اطلاعات بیشتر:
Dominik Dorschak و همکاران ، فتوکورسیون تک بلورهای ZnO در هنگام جداسازی الکتروشیمیایی آب مواد و رابط های برنامه ACS (2020) DOI: 10.1021 / acsami.0c15508

تهیه شده توسط دانشگاه صنعتی وین

نقل قول: Catalysts Stable for New Energy (2020 ، 24 نوامبر) ، استخراج شده در 24 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-stable-catalysts-energy.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.



[ad_2]

منبع: moshaverh-news.ir