211service.com
Pigesnis vandenilio katalizatorius
Platina paprastai atlieka lemiamą vaidmenį kuro elementuose ir vandenilio gamyboje. Dabar tyrėjų grupė parodė, kaip pasiekti tokį patį reaktyvumą naudojant metalą nikelį, kuris yra tūkstantį kartų pigesnis nei platina. Grupė – mokslininkė Vincentas Artero ir Alanas Le Goffas bei Serge'as Palacinas Centrinė branduolinės energetikos komisija netoli Paryžiaus naudojami nikelio pagrindu pagaminti junginiai, chemiškai surišti su anglies nanovamzdeliais.
Kuro elementų katalizatorius: Nauja katalizinė medžiaga, pagaminta iš nikelio (parodyta čia, pritvirtinta prie eksperimentinio anglies nanovamzdelio elektrodo), gali sumažinti kuro elementų ir vandenilio gamybos sąnaudas.
Platina paprastai naudojama vandens skaidymo procese, nes ji yra toks veiksmingas katalizatorius. Platinos problema yra ta, kad tai labai brangus metalas ir jo Žemėje nėra pakankamai, kad būtų išlaikyta pasaulinė vandenilio ekonomika, sako Artero.
Elektrodai, pagaminti naudojant naują katalizatorių, būtų maždaug 20 procentų pigesni nei pagaminti iš platinos, teigia Artero. Atsižvelgiant į tai, kad platina sudaro maždaug trečdalį kuro elementų kainos, tai gali turėti didelės įtakos kuro elementų technologijos kainai.
Nauji junginiai yra pagrįsti tam tikro tipo fermentu, vadinamu hidrogenaze. Paprastai randami bakterijose ir dumbliuose, kurie gyvena anaerobinėmis (arba be deguonies) sąlygomis, šie organizmai naudoja šiuos fermentus kaip katalizatorius vandenilio metabolizmui, sako Artero. Jie naudoja lygiai tą patį procesą kaip ir kuro elementai, kad išliktų gyvi, sako jis.
Pastaraisiais metais mokslininkai parodė didelį susidomėjimą molekulinės chemijos panaudojimu bandydami imituoti šių natūralių katalizatorių struktūrą. Kadangi šių molekulinių junginių aktyvieji komponentai yra tokie pat reaktyvūs kaip platina, tačiau juos sudaro nikelis arba geležis, jie žada būti daug pigesni.
Tačiau iki šiol sintetinės vandenilio molekulės, tokios kaip sukurtos Danielis DuBoisas Ramiojo vandenyno šiaurinės nacionalinėse laboratorijose Ričlande, WA – buvo demonstruojami tik tirpalo pavidalu. Kad būtų praktiška, molekulės turi būti prijungtos prie elektrodo, o ne plūduriuojančios skystyje.
Modifikuodami šių junginių nikelio pagrindu veikiančius aktyvius komponentus, Artero ir jo kolegos rado būdą, kaip prijungti molekules prie anglies nanovamzdelių. Nanovamzdeliai turi du privalumus – jie yra labai geri elektronų laidininkai ir turi labai didelį specifinį paviršiaus plotą, sako Artero. Tai reiškia, kad ant jo paviršiaus galima įkelti daug katalizinės medžiagos, sako jis.
Šios savaitės žurnalo numeryje aprašytuose bandymuose Mokslas , grupė parodė, kad šis modifikuotas katalizatorius buvo veiksmingas ir stabilus pakartotinai vykdant reakciją.
Šis darbas yra reikšminga pažanga taikant molekulinius elektrokatalizatorius vandenilio gamybai ir oksidacijai, sako DuBoisas. Jis sako, kad tai rodo, kad šie labai reaktyvūs molekuliniai katalizatoriai gali efektyviai veikti tokiomis sąlygomis, kurios gali būti praktiškos elektrolizatoriams ir kuro elementams. Tai svarbus žingsnis siekiant perkelti biologiškai įkvėptus katalizatorius nuo koncepcijos iki praktikos.
Nate'as Lewisas , Caltech chemijos profesorius, sutinka. Tai svarbus žingsnis kuriant visą sistemą, kuri atskiria vandenį nuo saulės šviesos, sako jis. Tačiau Lewisas pažymi, kad rasti būdą, kaip pritvirtinti katalizatorius prie paviršiaus, kad juos būtų galima panaudoti elektrode, yra tik viena galvosūkio dalis.
Džonas Turneris Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos Golden, CO energetikos mokslų bendradarbis priduria, kad pagrindinė kliūtis vandenilio gamybai iš vandens ir kuro elementų transportavimui yra ne vandenilio, o deguonies katalizė.
Nikelio pagrindu pagaminti katalizatoriai jau naudojami dideliuose kelių megavatų komerciniuose elektrolizatoriuose, tačiau šie katalizatoriai yra daug mažiau efektyvūs nei platininiai ir yra labai dideli – paprastai apie 10 kvadratinių metrų.
Turneris pažymi, kad Artero katalizatoriaus gaminama srovė vis dar yra daug mažesnė nei galima pasiekti naudojant platiną. Artero sako, kad tai gali būti gana lengvai ištaisyta. Jis pažymi, kad jo komandos eksperimentuose naudojami nanovamzdeliai gavo tik mažą katalizinės medžiagos apkrovą. Padidinus tai turėtų padidėti srovė: tai spragą, kurią galime užpildyti, sako jis.