Bir araştırma ekibi, temiz hidrojen üretimini destekleyen uygun fiyatlı, istikrarlı malzemelerin keşfini hızlandırmak için yeni bir yöntem geliştirmiştir. Onların yaklaşımı, pahalı asil metallere olan bağımlılığı azaltarak hidrojenin – umut verici bir temiz enerji kaynağı – daha yaygın olarak erişilebilir olmasına yardımcı olabilir.
Çalışma şurada yayınlandı Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
Hidrojen, su moleküllerini hidrojen ve oksijene bölmek için elektrik kullanan su bölünmesi yoluyla üretilebilir. Bu işlem iki temel reaksiyonu içerir: oksijen evrim reaksiyonu (OER) ve hidrojen evrim reaksiyonu (HER).
Bazı metal oksitler-metaller ve oksijenden oluşan-düşük maliyetli katalizörler olarak gösterilen potansiyele sahip olsa da, genellikle endüstriyel su bölünmesi için kullanılan asidik ortamlarda bozulurlar.
Bu zorluğu ele almak için ekip, katalizör gelişiminin birkaç aşamasını bir araya getiren bir “kapalı döngü” araştırma çerçevesi tasarladı. Bu, umut verici adayların veri analizi kullanarak tanımlanmasını, gerçek çalışma koşulları altında davranışlarını test etmeyi ve laboratuvar deneyleri yoluyla performanslarını onaylamayı içerir. Tüm adımlar, sürekli öğrenme ve iyileştirmeye izin veren bir dijital sistem aracılığıyla bağlanır.
Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü (WPI-Aimr) profesörü Hao Li, “Çalışmamızın özünde Digcat adlı veri odaklı bir platform var” diye açıklıyor. Diyerek şöyle devam etti: “Su bölünmesi sırasında yüzeylerinin nasıl davrandığını tahmin ederek çok çeşitli malzemeleri verimli bir şekilde araştırmamıza yardımcı olur, bu da genellikle etkinliklerinin anahtarıdır.”
Bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar rbsbwo adlı bir bileşik belirlediler6 özellikle umut verici bir katalizör olarak. Asidik koşullarda hem OER hem de onun için güçlü performans gösterdi-düşük maliyetli, değiştirilmemiş metal oksitler için nadiren bir şey. Özellikle, materyal, pratik uygulamalar için anahtar bir gereksinim olan uzun süreli kullanımdan sonra bile yapısal olarak stabil kaldı.
Araştırmacılar, bilgisayar taramasından laboratuvar doğrulamasına kadar tüm sürecin dijital araçları deneysel çalışmalarla birleştirme gücünü belirlediğini vurgulamaktadır.
“Sadece daha iyi malzemeler aramıyoruz,” diyor Li. “Ayrıca onları bulmak için daha akıllı bir yol yaratıyoruz.”
Su bölünmesinin ötesinde, ekibin çerçevesi, karbondioksitin faydalı yakıtlara dönüştürülmesi veya azottan amonyak üretme gibi diğer önemli kimyasal reaksiyonlara da uyarlanabilir. Bu reaksiyonlar sürdürülebilir enerji ve çevre teknolojilerinin merkezidir.
Araştırmanın bir sonraki aşaması, yüzey durumu veritabanının genişletilmesini ve yöntemi diğer malzeme sistemlerine uygulamayı içerir.
Li, “Yüzeylerin reaksiyonlar sırasında nasıl davrandığı hakkında daha fazla bilgi edinerek, daha önce göz ardı edilen malzemelerde gizli potansiyeli ortaya çıkarabiliriz” diyor.
Ekip, bu stratejinin küresel enerji geçişi için uygun fiyatlı, verimli çözümlere doğru ilerlemeyi hızlandıracağını umuyor.
