Dünya sürdürülebilir enerjiye doğru ilerledikçe, hidrojen muhtemelen temiz ve çok yönlü bir yakıt olarak paha biçilmez bir rol oynayacaktır. Yine de, hidrojen teknolojilerinin benimsenmesi, maliyetli ve kıt platin-grup metallerinin uzun zamandır endüstri standardı olduğu elektrokatalizde temel zorlukların üstesinden gelmeye bağlıdır.
Bunu düzeltmek için bir adım atarak, bir araştırma ekibi şimdi atom düzeyinde elektronik etkileşimleri ince ayarlayan yeni bir strateji geliştirdi. Çalışmaları dergide yayınlandı Gelişmiş fonksiyonel malzemeler.
Çalışma, çinko (Zn) ve rutenyum (RU) türleri arasındaki etkileşimleri arttırmak için yenilikçi bir elektronik ince ayar (EFT) yaklaşımı sunarak hem oksijen indirgeme reaksiyonu (ORR) hem de hidrojen evrim reaksiyonu için oldukça aktif ve stabil bir katalizör ile sonuçlandı. (O). RU kümelerini hiyerarşik olarak katmanlı Zn-NC nanosheets (Ru@Zn-sas/nc olarak gösterilen) üzerine tutturarak, ekip ticari platin bazlı katalizörlerden daha iyi performans gösteren bir malzeme tasarladı.
Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü’nde (WPI-Aimr) doçent ve gazetenin ilgili yazarı Hao Li, “Çalışmamız elektronik yapılar üzerindeki kesin kontrolün katalitik performansı ne kadar yeniden şekillendirebileceğini gösteriyor” diyor. “Zn ve Ru arasındaki sinerjiyi kullanarak, sürdürülebilir hidrojen üretimi için yeni olasılıklar sunan geleneksel platin katalizörlerine uygun maliyetli bir alternatif geliştirdik.”
Bu atılımın anahtarı, kritik reaksiyon ara maddelerinin adsorpsiyon enerjisini optimize eden Zn ve Ru arasındaki güçlü elektronik metal destek etkileşimi (EMSI). X-ışını absorpsiyon spektroskopisi ve hesaplama modellemesi, bu sinerjinin *OOH ve *OH adsorpsiyon enerjilerini optimal bir dengeye kaydırdığını ve ORR verimliliğini artırdığını doğrular. Eşzamanlı olarak, Ru bölgeleri, katalizörü teorik aktivitesinin zirvesine yerleştirerek Ideal Hidrojen bağlanma serbest enerjisine ulaşır.
Li, “Bu araştırma sadece Platinum’un yerini almakla ilgili değil,” diye açıklıyor. “Bu, atom seviyesindeki elektronik özelliklerin katalitik verimliliği nasıl belirlediğini anlamakla ilgilidir. Bu bilgi, gerçek dünya uygulamaları için daha iyi, daha erişilebilir malzemeler tasarlamamıza izin verir.”
Bu bulguların hidrojen enerjisinin karşılanabilirliği ve ölçeklenebilirliği için önemli etkileri vardır. Performansı iyileştirirken pahalı platine bağımlılığı azaltarak, bu araştırma maliyet etkin hidrojen yakıt hücrelerinin, su elektroliz sistemlerinin ve sürdürülebilir endüstriyel süreçlerin geliştirilmesine katkıda bulunur.
İleriye baktığımızda, ekip EFT stratejisini daha da geliştirmeyi, gerçek dünya koşulları altında katalizör istikrarını iyileştirmeyi ve ölçeklenebilir üretim yöntemleri geliştirmeyi planlıyor. Çinko hava pilleri, yakıt hücreleri ve karbon ve azot azaltma reaksiyonlarındaki uygulamalar da araştırılmaktadır.
Araştırma, Hao Lab Lab tarafından geliştirilen bugüne kadarki en büyük deneysel kataliz veritabanı olan Dijital Kataliz Platformu (DIGCAT) aracılığıyla sunulmuştur.
