211service.com
Tańszy katalizator wodorowy
Platyna zwykle odgrywa kluczową rolę w ogniwach paliwowych i produkcji wodoru. Teraz grupa naukowców pokazała, jak uzyskać ten sam rodzaj reaktywności przy użyciu metalu-niklu, który jest tysiąc razy tańszy niż platyna. Grupa – naukowiec Vincent Artero oraz Alan Le Goff i Serge Palacin w Centralna Komisja energetyki jądrowej pod Paryżem – stosowano związki na bazie niklu, które są chemicznie wiązane z nanorurkami węglowymi.
Katalizator z ogniw paliwowych: Nowatorski materiał katalityczny wykonany z niklu (pokazany tutaj połączony z eksperymentalną elektrodą z nanorurek węglowych) może obniżyć koszty ogniw paliwowych i produkcji wodoru.
Platyna jest zwykle używana w procesie rozszczepiania wody, ponieważ jest tak skutecznym katalizatorem. Problem z platyną polega na tym, że jest to bardzo drogi metal i na Ziemi nie ma go wystarczająco dużo, aby utrzymać ogólnoświatową gospodarkę wodorową, mówi Artero.
Elektrody wykonane przy użyciu nowego katalizatora byłyby około 20 procent tańsze niż te wykonane z platyny, mówi Artero. Biorąc pod uwagę, że platyna stanowi około jednej trzeciej kosztów ogniw paliwowych, może to mieć znaczący wpływ na cenę technologii ogniw paliwowych.
Nowe związki są oparte na rodzaju enzymu zwanego hydrogenazą. Jak mówi Artero, enzymy te, normalnie występujące w bakteriach i algach żyjących w warunkach beztlenowych (lub beztlenowych), są wykorzystywane przez te organizmy jako katalizator do metabolizowania wodoru. Używają dokładnie tego samego procesu, co ogniwa paliwowe, aby pozostać przy życiu, mówi.
W ostatnich latach naukowcy wykazali duże zainteresowanie wykorzystaniem chemii molekularnej do prób naśladowania struktury tych naturalnych katalizatorów. Ponieważ aktywne składniki tych związków molekularnych są tak samo reaktywne jak platyna, ale zamiast tego składają się z niklu lub żelaza, obiecują, że będą znacznie tańsze w użyciu.
Jednak do tej pory syntetyczne cząsteczki wodorotlenku – takie jak te opracowane przez Daniel DuBois w Pacific Northern National Laboratories w Richland, WA zostały zademonstrowane tylko w postaci roztworu. Aby mieć praktyczne zastosowanie, cząsteczki muszą być związane z elektrodą, a nie unosić się w cieczy.
Modyfikując oparte na niklu aktywne składniki tych związków, Artero i współpracownicy znaleźli sposób na przyłączenie molekuł do nanorurek węglowych. Nanorurki mają dwie zalety – są bardzo dobrymi przewodnikami elektronów i mają bardzo dużą powierzchnię właściwą – mówi Artero. Oznacza to, że możliwe jest załadowanie dużej ilości materiału katalitycznego na jego powierzchnię, mówi.
W testach zgłoszonych w numerze czasopisma z tego tygodnia Nauka grupa wykazała, że ten zmodyfikowany katalizator był skuteczny i stabilny w wielokrotnym przeprowadzaniu reakcji.
Praca ta stanowi znaczący postęp w zastosowaniu elektrokatalizatorów molekularnych do produkcji i utleniania wodoru, mówi DuBois. Pokazuje, jak mówi, że te wysoce reaktywne katalizatory molekularne mogą wydajnie działać w warunkach, które mogą być praktyczne w przypadku elektrolizerów i ogniw paliwowych. Jest to ważny krok w kierunku przeniesienia inspirowanych biologicznie katalizatorów z koncepcji do praktyki.
Nate Lewis , profesor chemii w Caltech, zgadza się. To ważny krok w kierunku opracowania pełnego systemu, który oddziela wodę od światła słonecznego, mówi. Lewis zauważa jednak, że znalezienie sposobu na przymocowanie katalizatorów do powierzchni, aby można je było zastosować w elektrodzie, to tylko jeden element układanki.
John Turner , pracownik naukowy w dziedzinie nauk energetycznych w National Renewable Energy Laboratory w Golden, CO dodaje, że główną barierą dla produkcji wodoru z wody i ogniw paliwowych do transportu nie jest kataliza wodorowa, ale kataliza tlenowa.
Katalizatory na bazie niklu są już stosowane w dużych, wielomegawatowych elektrolizerach komercyjnych, ale katalizatory te są znacznie mniej wydajne niż platynowe i zwykle mają bardzo duże rozmiary – zwykle około 10 metrów kwadratowych.
Turner zauważa, że prąd wytwarzany przez katalizator Artero jest wciąż o rzędy wielkości mniejszy niż ten, który można osiągnąć za pomocą platyny. Artero mówi, że można temu dość łatwo zaradzić. Zauważa, że nanorurki użyte w eksperymentach jego zespołu otrzymały tylko niewielkie obciążenie materiału katalitycznego. Zwiększenie tego powinno wzmocnić prąd: to luka, którą możemy wypełnić, mówi.