Max Planck Derneği’nin Fritz Haber Enstitüsü’nden araştırmacılar, yeşil hidrojen üretiminde kullanılan katalizörlerin aktivitesine ilişkin yeni bilgiler ortaya koydular.
Çalışmaları, yayınlandı Doğa kimyasıkatalizör kinetiğinin, arayüzey çözücü ve katalizör yüzeyindeki kimyasal değişiklikler arasındaki karmaşık bir etkileşim ile nasıl ilişkili olduğunu araştırıyor ve potansiyel olarak daha verimli enerji dönüşüm teknolojilerinin yolunu açıyor.
Fritz Haber Enstitüsü Arayüz Bilimi Bölümü, katalizörlerin sulu ortamlarda nasıl işlediğini anlamada önemli adımlar attı. Bu araştırma, su moleküllerini bölmek için verimli katalizörlere dayanan yeşil hidrojen üretimi gibi teknolojileri ilerletmek için çok önemlidir.
Prof. Roldán Cuenya’nın FHI bölümünde Dr. Martinez-Hincapié ve Dr. Oener liderliğindeki çalışma, oksijen evrim reaksiyonunu (OER) araştırmak için sıcaklığa bağlı elektrokimya ve operando spektroskopisini kullanıyor. Bu reaksiyon, durgun oer kinetiğin hidrojen üretimini engelleyebileceği su elektrolizinde bir darboğazdır. Araştırmacılar, önyargıya bağlı kinetiklerde, katalizörün aktivitesinin aşırı yükün birikimiyle sınırlı olmaktan yüksek oranda aktif olmaya kaydığı önemli bir geçiş noktası keşfettiler.
Çalışmanın eleştirel bir bulgusu, arayüzey solvasyonunun rolüdür – iyonların solvent moleküllerini kaybetme veya kazanma süreci. Bu ilk adım, katalizörün içsel aktivitesi için çok önemli görünmektedir.
Dr. Oener, “Katalizör-elektrolit interfazını bir bütün olarak düşünmeliyiz, ayrı terimlerle değil, katı taraftaki aşırı yükün stabilizasyonunu anlayamıyoruz ve katı tarafta ne olduğunu dikkatlice dikkate almadan arayüzey iyon solvasyonunu anlayamıyoruz.
“Bu özellikle kritiktir, çünkü katı arayüz reaksiyon sırasında sert yapısal ve kimyasal değişiklikler de yaşar. Gözlenen aktiviteye yol açan bir fazdır.”
Daha teknik olarak, çalışma katalizörün kinetiğinin oksit yüzeyinin kimyasal ve yapısal adaptasyonu ile arayüzey su moleküllerinin yanıtı arasında karmaşık bir etkileşim tarafından yönetildiğini ortaya koymaktadır. Operando X-ışını spektroskopisini kullanarak ekip, oksit katalizörlerinin yapısal ve kimyasal adaptasyonlarını kinetikte önemli bir geçiş potansiyelinde gözlemledi.
Önemli olarak, bu geçiş potansiyeli katalizör yüklemesine (kullanılan malzeme miktarı) veya yüzey alanına bağlı değildir. Bu, katalizörün aktivitesinin, sıvı elektrolitten çözülmüş iyonlarla etkileşim kurmak için aşırı yük oluşturma kabiliyetiyle özünde bağlantılı olduğunu gösterir.
Dr. Beatriz Roldán Cuenya, katalizör yüzeyini, çözücüyü ve temel kinetikleri bilgilendiren farklı operando spektro-mikroskopi tekniklerini birleştirmenin önemini vurgulamaktadır. Bu, katalizör davranışına daha derin bilgiler elde etmek için gereklidir.
Araştırma sadece katalizör aktivitesi hakkındaki anlayışımızı geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda enerji dönüşüm teknolojilerini geliştirme vaat ediyor. Ekip, enerji ve kimyasal dönüşüm teknolojisi alanlarını önemli ölçüde etkileme potansiyeli ile bu bulguları daha fazla araştırmaya kararlıdır.
