الکترولیز: شیمی دانان چگونگی تولید الکترودهای بهتر را کشف کرده اند
یک گام دیگر به جلو برای انرژی های تجدید پذیر: تولید هیدروژن سبز می تواند حتی در آینده کارآمدتر باشد. با استفاده از یک مرحله فرایند غیر معمول ، شیمی دانان در دانشگاه مارتین لوتر هال ویتنبرگ (MLU) راهی برای درمان مواد الکترود ارزان قیمت و بهبود قابل توجهی در خواص آنها در طول الکترولیز پیدا کرده اند. این گروه نتایج تحقیقات خود را در مجله ACS Catalysis منتشر کردند .
تصور می شود هیدروژن راه حل مشکل ذخیره انرژیهای تجدید پذیر است. این می تواند در الکترولیزورهای محلی تولید شود ، به طور موقت ذخیره شده و سپس بسیار کارآمد به یک سلول سوختی دوباره به برق تبدیل شود. همچنین به عنوان ماده اولیه مهمی در صنایع شیمیایی عمل می کند. با این حال ، تولید سبز هیدروژن همچنان از تبدیل ضعیف برق تأمین شده جلوگیری می کند. پروفسور مایکل برون از انستیتوی شیمی در MLU می گوید: "یک دلیل این است که بار دینامیکی برق در حال نوسان از خورشید و باد به سرعت مواد را به محدوده آنها سوق می دهد. مواد کاتالیزوری ارزان به سرعت فعال می شوند." .
گروه تحقیقاتی وی اکنون روشی را کشف کرده است که هم پایداری و هم فعالیت الکترودهای هیدروکسید نیکل ارزان را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. نیکل هیدروکسید جایگزین ارزان قیمت برای کاتالیزورهای بسیار فعال اما گران است ، مانند ایریدیم و پلاتین. در ادبیات علمی ، گرم کردن هیدروکسید تا 300 درجه توصیه می شود. این باعث افزایش پایداری مواد و تبدیل بخشی از آن به اکسید نیکل می شود. درجه حرارت بالاتر هیدروکسید را به طور کامل از بین می برد. برون می گوید: "ما می خواستیم این مورد را با چشمان خود ببینیم و به تدریج مواد موجود در آزمایشگاه را تا 1000 درجه سانتیگراد گرم می کنیم."
با افزایش دما ، محققان تغییرات مورد انتظار در ذرات فردی را در زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده کردند. این ذرات به اکسید نیکل تبدیل شدند ، در کنار هم بزرگ شدند تا سازه های بزرگتر شکل بگیرند و در دماهای بسیار زیاد ، الگوهای یادآور گذرگاه های گورخر را تشکیل دادند. با این حال ، آزمایش الکتروشیمیایی با کمال تعجب میزان فعالیت ذرات به طور مداوم بالا را نشان داد ، که دیگر نباید در الکترولیز قابل استفاده بود. به عنوان یک قاعده ، سطوح بزرگ و از این رو سازه های کوچکتر در طول الکترولیز فعال تر هستند. برون می گوید: بنابراین ما سطح بالای فعالیت ذرات بسیار بزرگتر را به اثری نسبت می دهیم که در کمال تعجب فقط در دماهای بالا رخ می دهد: شکل گیری نقص اکسید فعال بر روی ذرات.
محققان با استفاده از کریستالوگرافی با اشعه ایکس کشف کردند که چگونه با افزایش دما ، ساختار بلور ذرات هیدروکسید تغییر می کند. آنها به این نتیجه رسیدند که وقتی 900 درجه سانتیگراد گرم می شود ، نقطه ای که ذرات بیشترین سطح فعالیت را نشان می دهند ، نقص تحت یک فرایند گذار قرار می گیرد که در 1000 درجه سانتیگراد به پایان می رسد. در این مرحله ، ناگهان فعالیت دوباره کاهش می یابد.
برون و تیم وی اطمینان دارند که آنها یک روش امیدوارکننده را پیدا کرده اند ، زیرا حتی پس از اندازه گیری های مکرر پس از 6000 چرخه ، ذرات گرم شده هنوز 50٪ بیشتر از ذرات تصفیه نشده تولید می کنند. در مرحله بعد محققان می خواهند از پراش پرتونگاری استفاده کنند تا بهتر بدانند چرا این نقایص باعث افزایش فعالیت می شوند. آنها همچنین به دنبال راه هایی برای تولید مواد جدید هستند تا ساختارهای کوچکتر حتی پس از عملیات حرارتی حفظ شوند.
