სპეციალურად შექმნილი ირიდიუმის ნანოსტრუქტურები, რომლებიც დალექილია მეზოფოროვან ტანტალის ოქსიდზე, აძლიერებს გამტარობას, კატალიზურ აქტივობას და ხანგრძლივ სტაბილურობას.
სურათი: სამხრეთ კორეასა და აშშ-ში მკვლევრებმა შეიმუშავეს ახალი ირიდიუმის კატალიზატორი ჟანგბადის გამოყოფის გაზრდილი რეაქციის აქტივობით, რათა ხელი შეუწყონ წყლის ეკონომიურ ელექტროლიზს პროტონგაცვლის მემბრანის გამოყენებით წყალბადის წარმოსაქმნელად. შეიტყვეთ მეტი
მსოფლიოს ენერგეტიკული მოთხოვნილებები კვლავ იზრდება. ტრანსპორტირებადი წყალბადის ენერგია დიდ პერსპექტივას წარმოადგენს სუფთა და მდგრადი ენერგეტიკული გადაწყვეტილებების ძიებაში. ამ მხრივ, პროტონგაცვლითი მემბრანული წყლის ელექტროლიზერები (PEMWE), რომლებიც წყლის ელექტროლიზის გზით ჭარბ ელექტროენერგიას ტრანსპორტირებად წყალბადის ენერგიად გარდაქმნიან, დიდ ინტერესს იპყრობენ. თუმცა, წყალბადის წარმოებაში მისი ფართომასშტაბიანი გამოყენება შეზღუდულია ელექტროლიზის მნიშვნელოვანი კომპონენტის, ჟანგბადის გამოყოფის რეაქციის (OER) ნელი სიჩქარის გამო, და ძვირადღირებული ლითონის ოქსიდის კატალიზატორების, როგორიცაა ირიდიუმი (Ir) და რუთენიუმის ოქსიდი, ელექტროდებში მაღალი ჩატვირთვა შეზღუდულია. ამიტომ, PEMWE-ს ფართოდ გამოყენებისთვის აუცილებელია ეკონომიური და მაღალი ხარისხის OER კატალიზატორების შემუშავება.

ცოტა ხნის წინ, სამხრეთ კორეაში, გვანგჯუს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის პროფესორ ჩანგო პარკის ხელმძღვანელობით, კორეელ-ამერიკულმა კვლევითმა ჯგუფმა შეიმუშავა ახალი ირიდიუმის ნანოსტრუქტურირებული კატალიზატორი, რომელიც დაფუძნებულია მეზოფოროვან ტანტალის ოქსიდზე (Ta2O5), ჭიანჭველმჟავას გაუმჯობესებული აღდგენის მეთოდის გამოყენებით, PEM წყლის ეფექტური ელექტროლიზის მისაღწევად. მათი კვლევა ონლაინ გამოქვეყნდა 2023 წლის 20 მაისს და გამოქვეყნდება ჟურნალ „ენერგიის წყაროების“ 575-ე ტომში 2023 წლის 15 აგვისტოს. კვლევის თანაავტორია დოქტორი ჩეკიონგ ბაიკი, კორეის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (KIST) მკვლევარი.
„ელექტრონებით მდიდარი რკინა-ალუმინის ნანოსტრუქტურა თანაბრად არის გაფანტული სტაბილურ მეზოფოროვან Ta2O5 სუბსტრატზე, რომელიც მომზადებულა რბილი შაბლონის მეთოდით ეთილენდიამინის გარემომცველ პროცესთან ერთად, რაც ეფექტურად ამცირებს ერთი PEMWE ბატარეის რკინა-ალუმინის შემცველობას 0.3 მგ სმ-2-მდე“, - განმარტა პროფესორმა პარკმა. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ Ir/Ta2O5 კატალიზატორის ინოვაციური დიზაინი არა მხოლოდ აუმჯობესებს რკინა-ალუმინის გამოყენებას, არამედ აქვს უფრო მაღალი გამტარობა და უფრო დიდი ელექტროქიმიურად აქტიური ზედაპირის ფართობი.
გარდა ამისა, რენტგენის ფოტოელექტრონული და რენტგენის შთანთქმის სპექტროსკოპია ავლენს ძლიერ მეტალ-საყრდენ ურთიერთქმედებას Ir-სა და Ta-ს შორის, ხოლო სიმკვრივის ფუნქციური თეორიის გამოთვლები მიუთითებს მუხტის გადაცემას Ta-დან Ir-ზე, რაც იწვევს ადსორბატების, როგორიცაა O და OH, ძლიერ შეკავშირებას და ინარჩუნებს Ir(III) თანაფარდობას OOP დაჟანგვის პროცესის დროს. ეს, თავის მხრივ, იწვევს Ir/Ta2O5-ის აქტივობის ზრდას, რომელსაც აქვს უფრო დაბალი გადაძაბვა 0.385 ვ-ზე, IrO2-ის 0.48 ვ-თან შედარებით.
გუნდმა ასევე ექსპერიმენტულად აჩვენა კატალიზატორის მაღალი OER აქტივობა, დააკვირდა 288 ± 3.9 mV გადაძაბვას 10 mA cm-2-ზე და მნიშვნელოვნად მაღალ Ir მასის აქტივობას 876.1 ± 125.1 A g-1 1.55 V-ზე შესაბამის მნიშვნელობამდე. სინამდვილეში, Ir/Ta2O5 ავლენს შესანიშნავ OER აქტივობას და სტაბილურობას, რაც კიდევ უფრო დადასტურდა მემბრანა-ელექტროდის შეკრების 120 საათზე მეტი ხნის განმავლობაში ერთუჯრედიანი მუშაობით.
შემოთავაზებულ მეთოდს ორმაგი უპირატესობა აქვს - ამცირებს დატვირთვის დონეს Ir და ზრდის ღია წყაროების (OER) ეფექტურობას. „OER-ის გაზრდილი ეფექტურობა ავსებს PEMWE პროცესის ეკონომიურობას, რითაც აუმჯობესებს მის საერთო მუშაობას. ამ მიღწევამ შეიძლება რევოლუცია მოახდინოს PEMWE-ს კომერციალიზაციაში და დააჩქაროს მისი, როგორც წყალბადის წარმოების ძირითადი მეთოდის, დანერგვა“, - ვარაუდობს ოპტიმისტურად განწყობილი პროფესორი პარკი.

საერთო ჯამში, ეს განვითარება გვაახლოებს მდგრადი წყალბადის ენერგიის ტრანსპორტირების გადაწყვეტილებების მიღწევასთან და ამით ნახშირბად-ნეიტრალური სტატუსის მიღწევასთან.
გვანგჯუს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (GIST) შესახებ გვანგჯუს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტი (GIST) არის კვლევითი უნივერსიტეტი, რომელიც მდებარეობს გვანგჯუში, სამხრეთ კორეა. GIST დაარსდა 1993 წელს და გახდა სამხრეთ კორეის ერთ-ერთი ყველაზე პრესტიჟული უნივერსიტეტი. უნივერსიტეტი ორიენტირებულია ძლიერი კვლევითი გარემოს შექმნაზე, რომელიც ხელს უწყობს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების განვითარებას და ხელს უწყობს თანამშრომლობას საერთაშორისო და ადგილობრივ კვლევით პროექტებს შორის. დევიზის „მომავლის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ამაყი შემქმნელი“ მიხედვით, GIST მუდმივად შედის სამხრეთ კორეის საუკეთესო უნივერსიტეტებს შორის.
ავტორების შესახებ დოქტორი ჩანგო პარკი 2016 წლის აგვისტოდან გვანგჯუს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (GIST) პროფესორია. GIST-ში გადასვლამდე იგი Samsung SDI-ის ვიცე-პრეზიდენტის თანამდებობას იკავებდა და მაგისტრის ხარისხი Samsung Electronics SAIT-ში მიიღო. ბაკალავრის, მაგისტრის და დოქტორის ხარისხები მან კორეის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის ქიმიის დეპარტამენტიდან, შესაბამისად, 1990, 1992 და 1995 წლებში მიიღო. მისი ამჟამინდელი კვლევა ფოკუსირებულია საწვავის უჯრედებში მემბრანული ელექტროდების შეკრებებისა და ელექტროლიზისთვის კატალიზური მასალების შემუშავებაზე ნანოსტრუქტურირებული ნახშირბადის და შერეული ლითონის ოქსიდის საყრდენების გამოყენებით. მას გამოქვეყნებული აქვს 126 სამეცნიერო ნაშრომი და მიღებული აქვს 227 პატენტი თავის ექსპერტიზის სფეროში.
დოქტორი ჩაეკიონგ ბაიკი კორეის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტის (KIST) მკვლევარია. ის მონაწილეობს PEMWE OER და MEA კატალიზატორების შემუშავებაში, ამჟამად კი ყურადღებას ამახვილებს ამიაკის დაჟანგვის რეაქციების კატალიზატორებსა და მოწყობილობებზე. 2023 წელს KIST-ში გაწევრიანებამდე, ჩაეკიონგ ბაიკმა ენერგეტიკული ინტეგრაციის დოქტორის ხარისხი გვანგჯუს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ინსტიტუტში მიიღო.
ელექტრონებით მდიდარი Ta2O5-ით მხარდაჭერილ მეზოფოროვან ირიდულ ნანოსტრუქტურას შეუძლია გააძლიეროს ჟანგბადის გამოყოფის რეაქციის აქტივობა და სტაბილურობა.
ავტორები აცხადებენ, რომ მათ არ გააჩნიათ რაიმე ცნობილი კონკურენტი ფინანსური ინტერესები ან პირადი ურთიერთობები, რომლებმაც შესაძლოა გავლენა მოახდინონ ამ სტატიაში წარმოდგენილ ნაშრომზე.
გაფრთხილება: AAAS და EurekAlert! არ არიან პასუხისმგებელნი EurekAlert!-ზე გამოქვეყნებული პრესრელიზების სიზუსტეზე! ინფორმაციის ნებისმიერი გამოყენება მონაწილე ორგანიზაციის მიერ ან EurekAlert სისტემის მეშვეობით.

თუ გსურთ მეტი ინფორმაციის მიღება, გთხოვთ, გამომიგზავნოთ ელ.წერილი.
ელ. ფოსტა:
info@pulisichem.cn
ტელ.:
+86-533-3149598