Poszukiwania wodoru jako czystego i zrównoważonego źródła energii nabrały tempa. Aby wytworzyć zielony wodór, wodę należy rozbić na tlen i wodór. Ten proces rozkładu wody jest wspomagany przez elektrokatalizatory, które zwiększają szybkość reakcji chemicznej. W idealnym przypadku katalizator nie zmienia się ani nie ulega degradacji w wyniku reakcji, a w przypadku elektrolizerów ma to kluczowe znaczenie, ponieważ elektrokatalizatory stanowią 50% ich całkowitego kosztu. W rezultacie ich wydajność i żywotność mają kluczowe znaczenie dla przyszłej dostępności ekologicznego wodoru, a tym samym dla gospodarki neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla. Zespół naukowców pod kierownictwem Instytutu Inżynierii Elektrycznej Maxa Plancka (MPE) odkrył, dlaczego katalizatory te faktycznie ulegają degradacji i charakteryzują się tak krótką żywotnością. Ich prace pokazują, że wąskim gardłem jest wytwarzany przez siebie wodór. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie ACS Energy Letters.
Wpływ wodoru na działanie katalityczne
Poprzednie badania koncentrowały się przede wszystkim na poprawie wydajności katalizatora, bez analizy na poziomie atomowym. Jednak zespół Maxa Plancka przyjął inne podejście. „Nasze odkrycia ujawniły, że podczas procesu syntezy wprowadzane są zanieczyszczenia. Co zaskakujące, odkryliśmy, że zanieczyszczenia borem mogą poprawić działanie katalizatora poprzez rozszerzenie jego struktury sieciowej. „Zauważyliśmy jednak, że aktywność katalityczna spada po dodaniu pewnej ilości wodoru wyprodukowane i pożądane. Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, należy znaleźć sposoby na utrzymanie wydajności” – wyjaśnia profesor Baptiste Gault, autor publikacji i kierownik grupy „Atomowa tomografia sondująca” w MPIE. Tomografia i symulacje za pomocą sondy atomowej oparte na teorii funkcjonału gęstości wykazały, że w miarę gromadzenia się wodoru na powierzchni katalizatora bor jest stopniowo usuwany ze struktury sieciowej. Reakcja ta pogarsza działanie katalizatora poprzez zmniejszenie stężenia domieszek boru.
Kolejne kroki: domieszkowanie katalityczne wodorem
„Nasze odkrycia pokazują, że nie wystarczy zwiększyć aktywność katalityczną przy użyciu boru jako aktywatora. Musimy znaleźć rozwiązania chroniące bor w strukturze siatkowej katalizatora przed wodorem wytwarzanym na powierzchni katalizatora” – mówi profesor Se Ho Kim , drugi autor artykułu i były pracownik naukowy studiów podyplomowych, doktor habilitowany w MPIE, a obecnie adiunkt na Korea.University.
Badania te były możliwe dzięki finansowaniu przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych w ramach projektu Shine, kierowanego przez Gaulta. Stanowi to ważny krok naprzód w naszym rozumieniu produkcji zielonego wodoru, torując drogę do bardziej zrównoważonej i opłacalnej przyszłości w zakresie energii odnawialnej.
Oryginalny wpis
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
