Elektroliz, sudan hidrojen ve oksijen molekülleri oluşturmak için elektrik kullanan bir prosestir. Su elektrolizi için proton değişim membranı (PEM) ve yenilenebilir enerji kullanımı, hidrojen üretimi için sürdürülebilir bir yöntem olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, PEM su elektroliz teknolojisinin ilerlemesindeki bir zorluk, PEM su elektrolizi sırasında asidik çözeltilerde oksijen evrim reaksiyonu (OER) için verimli, düşük maliyetli ve kararlı katalizörlerin eksikliğidir.
İridyum bazlı katalizörler potansiyel bir çözüm olsa da, metalik iridyum doğada nadir bulunur ve pahalıdır. Alternatif olarak, rutenyum oksitleri (RuO2) daha uygun fiyatlı ve reaktif bir seçenek sunar ancak aynı zamanda stabilite sorunlarından da muzdariptirler. Bu nedenle araştırmacılar, hidrojen üretim teknolojisinin başarılı bir şekilde uygulanması için umut verici OER katalizörleri geliştirmek üzere RuO2 yapısının kararlılığını artırmanın yollarını araştırmaktadır.
Journal of Energy Chemistry‘de yayımlanan yeni bir çalışmada, Chung-Ang Üniversitesi İleri Malzeme Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Haeseong Jang liderliğindeki bir grup araştırmacı, umut verici bir OER katalizörü geliştirdi.
SA Zn-RuO2 olarak adlandırılan katalizör, tekil çinko atomlarıyla stabilize edilmiş RuO2’den oluşuyor. Çalışmalarını detaylandıran Prof. Jang şunları söyledi: “PEM su elektrolizinde OER için verimli ve uygun maliyetli alternatif elektrokatalizörler bulma ihtiyacı bizi motive etti. Çalışmamıza dayanarak, asidik OER sırasında yüksek katalitik aktiviteyi stabilite ile dengelemek için tekil atom olarak Zn katkısı ve oksijen boşluklarının eklenmesini içeren ikili bir mühendislik stratejisi öneriyoruz.”
Araştırmacılar, organik bir iskeleti rutenyum (Ru) ve çinko atomlarıyla ısıtıp oksijen boşluklarına (özellikleri olumlu yönde değiştiren eksik oksijen atomları) ve Zn-O-Ru bağlantılarına sahip bir yapı oluşturarak SA Zn-RuO2 sentezlediler.
Bu bağlantılar katalizörü iki şekilde stabilize eder: Ru-O bağlarını güçlendirerek ve OER prosesi sırasında rutenyumu hipoksidasyondan korumak için çinko atomlarından elektronlar sağlayarak. Ayrıca, rutenyum atomlarının etrafındaki gelişmiş elektronik ortam, moleküllerin yüzeye yapışması için ihtiyaç duyulan enerjiyi düşürür, böylece reaksiyon için enerji engelini azaltır.
Elde edilen katalizör, reaktivitede belirgin bir düşüş olmadan daha kararlıydı ve ticari RuO2’den önemli ölçüde daha iyi performans gösterdi. Ayrıca, daha az ekstra enerji gerektirmiş (ticari RuO2 için 270 mV’a kıyasla 213 mV’luk düşük aşırı potansiyel) ve daha uzun süre işlevsel kalmıştır (ticari RuO2 için 7,4 saate kıyasla 43 saat).
Geliştirilmiş stabilitesi ve özellikleri nedeniyle, yeni önerilen SA Zn-RuO2 katalizörü, OER için uygun maliyetli, aktif ve aside dayanıklı elektrokatalizörlerin geliştirilmesini etkileme potansiyeline sahiptir. Bu da maliyetlerin düşürülmesine ve yeşil hidrojen üretiminin artırılmasına yardımcı olarak daha temiz enerji kaynaklarına geçişe ve sürdürülebilir teknolojilerdeki ilerlemelere yardımcı olabilir.
Prof. Jang: “Bu değişimin endüstrilerde, ulaşımda ve enerji altyapısında devrim yaratabileceğine ve iklim değişikliğiyle mücadeleye ve daha dirençli ve çevreye duyarlı bir geleceği teşvik etmeye yönelik çabalara katkıda bulunabileceğine inanıyoruz. Çünkü erişilebilir yeşil hidrojen, çevresel etkileri azaltarak, istihdam yaratarak ve çeşitlendirilmiş ve sürdürülebilir enerji çözümleri yoluyla enerji güvenliğini sağlayarak toplumlar üzerinde dönüştürücü bir etkiye sahip olabilir.”
Özetle, asidik OER için oldukça reaktif ve katalitik olarak stabil RuO2 katalizörü, artan dayanıklılık ve olumlu özelliklere sahiptir ve pratik uygulamalar için sağlam ve aktif iridyum bazlı olmayan OER elektrokatalizörlerinin tasarımına rehberlik etme potansiyeline sahiptir. [1]“Researchers develop a low-cost catalyst for green hydrogen production” yazısından çevrilmiştir.[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Researchers develop a low-cost catalyst for green hydrogen production” yazısından çevrilmiştir. |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
