Хотя водород – богатый элемент, это обычно не находится как чистый газовый H2, но обычно связывается с кислородом в воде (H2O) или с углеродом в метане (CH4), основной компонент в природном газе. В настоящее время промышленный водород произведен из природного газа, используя процесс, который расходует много энергии, также выпуская углерод в атмосферу, таким образом способствуя глобальным выбросам углерода.В статье, опубликованной 26 января по своей природе, Химия, эксперты по нанотехнологиям от Стэнфордской Разработки и из Орхусского университета Дании объясняют, как освободить водород от воды в промышленных масштабах при помощи электролиза.В электролизе потоки электрического тока через металлический электрод погрузились в воду.
Этот электронный поток вызывает химическую реакцию, которая разрывает связи между атомами водорода и кислорода. Электрод служит катализатором, материал, который может поощрить одну реакцию за другим без того, чтобы когда-нибудь быть израсходованным. Платина – лучший катализатор для электролиза.
Если бы стоивший не был никакой объект, платина могла бы использоваться, чтобы произвести водород из воды сегодня.Но денежные дела. Мир потребляет приблизительно 55 миллиардов килограммов водорода в год.
Это теперь стоит приблизительно 1$ к 2$ за килограмм, чтобы произвести водород из метана. Так любой конкурирующий процесс, даже если это более зелено, должен поразить ту стоимость изготовления, которая исключает электролиз на основе платины.В их статье Химии Природы исследователи описывают, как они повторно спроектировали строение атома дешевого и общего промышленного материала, чтобы сделать ее почти столь же эффективной при электролизе как платина – открытие, у которого есть потенциал, чтобы коренным образом изменить промышленное водородное производство.
Проект был задуман Джэйкобом Кибсгэардом, постдокторским исследователем с Томасом Харамильо, доцентом химического машиностроения в Стэнфорде. Кибсгэард начал этот проект, работая с Флеммингом Безенбахером, преподавателем в Междисциплинарном Центре Нанонауки (iNANO) в Орхусе.
Подрубрика: встретьте сульфид дикого чеснокаТак как инженеры нефти Второй мировой войны использовали сульфид молибдена – сульфид дикого чеснока, если коротко – чтобы помочь очистить нефть.До сих пор, однако, этот химикат не считали хорошим катализатором для того, чтобы сделать сульфид дикого чеснока, чтобы произвести водород от воды до электролиза.
В конечном счете ученые и инженеры поняли почему: у обычно используемых материалов сульфида дикого чеснока было неподходящее расположение атомов в их поверхности.Как правило, каждый атом серы на поверхности кристалла сульфида дикого чеснока связан с тремя атомами молибдена внизу. По сложным причинам, включающим атомные способности к образованию химических связей водорода, та конфигурация не способствует электролизу.В 2004 Стэнфордский преподаватель химического машиностроения Йенс Норсков, затем в Датском техническом университете, сделал важное открытие.
Вокруг краев кристалла некоторые атомы серы связаны со всего двумя атомами молибдена. На этих местах края, которые характеризуются двойными а не тройными связями, сульфид дикого чеснока был намного более эффективным в формирующемся H2.Вооруженный тем знанием, Kibsgaard нашел 30-летний рецепт для того, чтобы сделать форму сульфида дикого чеснока с большим количеством этих дважды соединенных сер на краю.Используя простую химию, он синтезировал наногруппы этого специального сульфида дикого чеснока.
Он внес эти наногруппы на лист графита, материал, который проводит электричество. Вместе графит и сульфид дикого чеснока сформировали дешевый электрод. Это предназначалось, чтобы быть заменой для платины, идеальным, но дорогим катализатором для электролиза.Вопрос тогда стал: этот сложный электрод мог эффективно поощрить химическую реакцию, которая перестраивает атомы водорода и кислорода в воде?
Как Харамильо выразился: «Химия – все о том, где электроны хотят пойти, и катализ о том, чтобы заставлять те электроны переместиться, чтобы сделать и разорвать химические связи».Подрубрика: пробный каменьТаким образом, экспериментаторы помещают свою систему в пробный камень – буквально.Они погрузили свой сложный электрод в воду, которая была немного окислена, означая, что это содержало положительно заряженные водородные ионы.
Эти положительные ионы были привлечены к группам сульфида дикого чеснока. Их дважды соединенная форма дала им просто правильную атомную особенность, чтобы передать электроны от проводника графита до положительных ионов.
Эта передача электрона превратила положительные ионы в нейтральный молекулярный водород, который пузырился и далеко как газ.Самое главное экспериментаторы нашли, что у их дешевого, катализатора сульфида дикого чеснока был потенциал, чтобы освободить водород от воды на чем-то приближающемся к эффективности системы на основе предельно дорогой платины.Подрубрика: Да, но это измеряет?
Но в химическом машиностроении, успех в мензурке – только начало.Большие вопросы были: эта технология могла измерить к 55 миллиардам килограммов в год мировой спрос на водород, и в том, что закончило стоимость за килограмм?
В прошлом году Харамильо и дюжина соавторов изучили четыре схемы фабричного крупномасштабного производства в статье для Королевского общества журнала Химии энергии и Науки об окружающей среде.Они пришли к заключению, что могло быть выполнимо произвести водород в средствах для электролиза фабричного масштаба на затратах в пределах от 1,60$ и 10,40$ за килограмм – конкурентоспособный на нижнем уровне с существующей практикой на основе метана – хотя некоторые их предположения были основаны на новых проектах завода и материалах.
«Есть много частей загадки, все еще должен был сделать эту работу и много усилия вперед, чтобы понять их», сказал Харамильо. «Однако мы можем получить огромную прибыль, двинувшись от интенсивных углеродом ресурсов до возобновляемых, стабильных технологий, чтобы произвести химикаты, в которых мы нуждаемся для еды и энергии».