Новый каталитический материал может привести к революции чистой энергии
В основе этих устройств лежат материалы, называемые электрокатализаторами, поэтому разработка эффективных и недорогих катализаторов имеет важнейшее значение для превращения водородного топлива в жизнеспособную альтернативу. Ученые из университета Аалто разработали новый катализаторный материал для усовершенствования этих технологий.
Новые катализаторы для получения чистой энергии
Реакция кислородного восстановления (ORR) и реакция эволюции кислорода (OER) являются наиболее важными электрохимическими реакциями, которые ограничивают эффективность водородных топливных элементов (для питания транспортных средств и производства электроэнергии), электролизеров для воды (для производства чистого водорода), а также металло-воздушных батарей большой емкости. Физики и химики из Аалто в сотрудничестве с исследователями из CNRS Франции и Вены в Австрии разработали новый катализатор, который управляет этими реакциями более эффективно, чем другие бифункциональные катализаторы, имеющиеся в настоящее время. Исследователи также обнаружили, что электрокаталитическая активность их нового катализатора может значительно изменяться в зависимости от выбора материала, на который был нанесен катализатор.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
«Мы хотим заменить традиционные дорогие и дефицитные катализаторы на основе драгоценных металлов, таких как платина и иридий, высокоактивными и стабильными альтернативами, состоящими из дешевых и земных элементов, таких как переходные металлы, углерод и азот», – говорит доктор Мохаммад Тавакколи, исследователь из Аалто, который руководил работой и написал статью.
В сотрудничестве с CNRS команда произвела гибрид графен-углеродной нанотрубки с высокой пористостью и легировала ее единичными атомами других элементов, которые, как известно, производят хорошие катализаторы. Графен и углеродные нанотрубки (CNT) являются одно-атомными двух- и одномерными аллотропами углерода, соответственно, которые вызвали огромный интерес как в академических, так и в промышленных кругах благодаря своим выдающимся свойствам по сравнению с более традиционными материалами. Они разработали простой и масштабируемый метод одновременного выращивания этих наноматериалов, объединив их свойства в одном продукте. «Мы являемся одной из ведущих команд в мире по масштабируемому синтезу двустенных углеродных нанотрубок. Новшеством здесь было изменение нашего производственного процесса для подготовки этих уникальных образцов», – сказал доктор Эммануэль Флахут, директор по исследованиям CNRS.
В этом одноступенчатом процессе они могли также дозировать графен азотом и/или металлическими (кобальт и молибден) единичными атомами в качестве перспективной стратегии производства одноатомных катализаторов (SACs). В каталитической науке широкое внимание исследователей привлекла новая область SACs с изолированными атомами металлов, рассеянными на твердых опорах, благодаря максимальной эффективности использования атомов и уникальным свойствам SACs. По сравнению с конкурирующими стратегиями производства SACs, метод, используемый командой Aalto & CNRS, обеспечивает простой метод, который происходит за один шаг, удерживая затраты на низком уровне.
Новый каталитический материал может привести к революции чистой энергии
Катализаторы обычно осаждаются на подложке. Роль, которую этот субстрат играет в конечной реакционной способности катализатора, обычно игнорируется исследователями, однако для этого нового катализатора, исследователи заметили, что субстрат сыграл важную роль в его эффективности. Команда обнаружила пористую структуру материала, позволяющую получить доступ к более активным участкам катализатора, образовавшимся на границе раздела с подложкой, поэтому они разработали новый метод электрохимического микроскопического анализа для измерения того, как этот раздел может способствовать катализирующей реакции и получению наиболее эффективного катализатора. Они надеются, что их изучение влияния подложки на каталитическую активность пористых материалов создаст основу для рационального проектирования высокоэффективных электродов для электрохимических энергетических устройств и обеспечит ориентиры для дальнейших исследований.
В основе этих устройств лежат материалы, называемые электрокатализаторами, поэтому разработка эффективных и недорогих катализаторов имеет важнейшее значение для превращения водородного топлива в жизнеспособную альтернативу. Ученые из университета Аалто разработали новый катализаторный материал для усовершенствования этих технологий.
Реакция кислородного восстановления (ORR) и реакция эволюции кислорода (OER) являются наиболее важными электрохимическими реакциями, которые ограничивают эффективность водородных топливных элементов (для питания транспортных средств и производства электроэнергии), электролизеров для воды (для производства чистого водорода), а также металло-воздушных батарей большой емкости. Физики и химики из Аалто в сотрудничестве с исследователями из CNRS Франции и Вены в Австрии разработали новый катализатор, который управляет этими реакциями более эффективно, чем другие бифункциональные катализаторы, имеющиеся в настоящее время. Исследователи также обнаружили, что электрокаталитическая активность их нового катализатора может значительно изменяться в зависимости от выбора материала, на который был нанесен катализатор.
«Мы хотим заменить традиционные дорогие и дефицитные катализаторы на основе драгоценных металлов, таких как платина и иридий, высокоактивными и стабильными альтернативами, состоящими из дешевых и земных элементов, таких как переходные металлы, углерод и азот», – говорит доктор Мохаммад Тавакколи, исследователь из Аалто, который руководил работой и написал статью.
В сотрудничестве с CNRS команда произвела гибрид графен-углеродной нанотрубки с высокой пористостью и легировала ее единичными атомами других элементов, которые, как известно, производят хорошие катализаторы. Графен и углеродные нанотрубки (CNT) являются одно-атомными двух- и одномерными аллотропами углерода, соответственно, которые вызвали огромный интерес как в академических, так и в промышленных кругах благодаря своим выдающимся свойствам по сравнению с более традиционными материалами. Они разработали простой и масштабируемый метод одновременного выращивания этих наноматериалов, объединив их свойства в одном продукте. «Мы являемся одной из ведущих команд в мире по масштабируемому синтезу двустенных углеродных нанотрубок. Новшеством здесь было изменение нашего производственного процесса для подготовки этих уникальных образцов», – сказал доктор Эммануэль Флахут, директор по исследованиям CNRS.
В этом одноступенчатом процессе они могли также дозировать графен азотом и/или металлическими (кобальт и молибден) единичными атомами в качестве перспективной стратегии производства одноатомных катализаторов (SACs). В каталитической науке широкое внимание исследователей привлекла новая область SACs с изолированными атомами металлов, рассеянными на твердых опорах, благодаря максимальной эффективности использования атомов и уникальным свойствам SACs. По сравнению с конкурирующими стратегиями производства SACs, метод, используемый командой Aalto & CNRS, обеспечивает простой метод, который происходит за один шаг, удерживая затраты на низком уровне.
Катализаторы обычно осаждаются на подложке. Роль, которую этот субстрат играет в конечной реакционной способности катализатора, обычно игнорируется исследователями, однако для этого нового катализатора, исследователи заметили, что субстрат сыграл важную роль в его эффективности. Команда обнаружила пористую структуру материала, позволяющую получить доступ к более активным участкам катализатора, образовавшимся на границе раздела с подложкой, поэтому они разработали новый метод электрохимического микроскопического анализа для измерения того, как этот раздел может способствовать катализирующей реакции и получению наиболее эффективного катализатора. Они надеются, что их изучение влияния подложки на каталитическую активность пористых материалов создаст основу для рационального проектирования высокоэффективных электродов для электрохимических энергетических устройств и обеспечит ориентиры для дальнейших исследований.
https://econet.ru/articles/novyy-kataliticheskiy-material-mozhet-privesti-k-revolyutsii-chistoy-energii
27.03.2020