Однако разделяющие воду системы требуют, чтобы очень эффективный катализатор ускорил химическую реакцию, которая разделяет воду на водород и кислород, препятствуя тому, чтобы газы повторно объединились назад в воду. Теперь международная исследовательская группа, включая ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, развивала новый катализатор с покрытием молибдена, которое предотвращает эту проблематичную заднюю реакцию и работает хорошо в реальных условиях эксплуатации.Ключевая роль развития сосредоточилась на понимании, как покрытие молибдена работало, используя эксперименты в Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) SLAC, Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства. Ученые сообщили о своих результатах 13 апреля в Angewandte Chemie.
«Когда Вы разделяете воду на водород и кислород, газообразные продукты реакции легко повторно объединены назад, чтобы оросить, и крайне важно избежать этого», сказал Анхель Гарсия-Эспарза, ведущий автор и в настоящее время постдокторский исследователь из Высшей нормальной школы Лиона. «Мы обнаружили, что покрытый молибденом катализатор способен к отборному производству водорода от воды, запрещая задние реакции водного формирования».Эксперименты продемонстрировали, что у их стратегии покрытия молибдена есть применения в устройствах электрокатализа и фотокатализа, добавил Гарсия-Эспарза. Это устройства, которые помогают стимулировать вперед реакцию, используя электричество или свет.Поиск стабильности
Гарсия-Эспарза помог развивать новый катализатор как аспирант в Университете короля Абдуллы Науки и техники (KAUST) в Саудовской Аравии под руководством Кэзухиро Тэкэнэйба, адъюнкт-профессора химической науки в KAUST. Исследовательская группа Тэкэнэйба исследовала стабильность, работу и функцию многих различных элементов прежде, чем выбрать молибден как покрытие для стандартного основанного на платине катализатора.«Нахождение покрытия, которое работало хорошо в кислотном электролите, используемом для водного разделения, было основной проблемой для моих сотрудников, потому что много материалов быстро ухудшаются в кислых условиях», сказал соавтор Димостэнис Сокарас, научный сотрудник из SLAC.
Из покрытий они проверили, «Молибден был лучше всего выступающим материалом в кислых СМИ, где условия для водородной эволюции благоприятны и поверхностны», объяснил Гарсия-Эспарза.Тестирование работы
Другая основная проблема находила способ измерить свойства их покрытого молибденом катализатора, потому что эти соединения молибдена не стабильны, когда выставлено, чтобы передать. «Вынимание катализатора из воды тревожит идентичность материала», сказал Гарсия-Эспарза. «Поэтому было необходимо изучить электрокатализатор под условиями труда, который является трудным».Таким образом, Гарсия-Эспарза провел лето, выполняя эксперименты электрохимии в SSRL, чтобы характеризовать новый катализатор при эксплуатационных условиях. «Идея состояла в том, чтобы сотрудничать, чтобы видеть, как покрытый молибденом выполненный катализатор и определяет свою электронную структуру, когда это работало», сказал Сокарас. «Мы хотели понять, почему задней реакции не происходит».Они проверили голый платиновый катализатор, с и без покрытия молибдена, во время водного электролиза в SSRL, использующем в operando Рентгеновской абсорбционной спектроскопии с изготовленной на заказ электрохимической клеткой. «В SSRL мы по существу смогли сделать электрохимию, анализируя образец с радиацией синхротрона», сказал Гарсия-Эспарза. «Эксперименты, выполненные в SLAC, были заключительной частью загадки, чтобы определить местную структуру и государство электрокатализатора при эксплуатационных условиях водородного производства».
«Наша поддержка результатов, что слой молибдена действует как мембрана, чтобы заблокировать кислород и водородные газы от достижения около платиновой поверхности, которая предотвращает водное формирование», сказал Сокарас.Кроме того, исследовательская группа исследовала приложения фотокатализа.
Они построили фотокаталитическую разделяющую воду систему, используя или стандартный катализатор платины на окиси титана стронция (Pt/SrTiO3) или тот же самый катализатор, покрытый молибденом. Обе системы были проверены в KAUST с огнями на и прочь – то есть, с и без источника энергии, стимулируя разделяющую воду реакцию.
Когда свет шел, стандартный катализатор Pt/SrTiO3 увеличил водородное производство в течение только шести часов, потому что система потеряла эффективность из-за задней реакции. Когда огни были тогда выключены, количество водорода уменьшилось со временем – проверяющий, что существенное количество газов повторно объединялось, чтобы сформировать воду.
Напротив, покрытый молибденом катализатор непрерывно вода разделения, чтобы произвести увеличивающиеся количества водородного газа в течение 24 часов, производящих о вдвое большем количестве водородного газа как стандартный катализатор за один день. Кроме того, количество водорода осталось стабильным в темноте, подтвердив, что покрытие запретило водное формированиеЭти результаты обещают, но больше работы все еще должно быть сделано, прежде чем катализатор может использоваться в практическом устройстве.
Сокарас сказал, «Я думаю, что мы далеки от фактического разговора о коммерческом устройстве, но это – конечно, огромное улучшение, чтобы иметь этот новый материал катализатора, который предотвращает заднюю реакцию. Теперь мы должны найти способ сделать покрытие более стабильным, таким образом, оно производит водород еще дольше».