Para ilmuwan di US Department of (DOE) Nasional Brookhaven Energy Laboratory telah mengembangkan katalis biaya yang lebih rendah baru elektro yang membahas masalah biaya dengan menghasilkan gas hidrogen dari air bersih dan dengan bahan yang jauh lebih terjangkau.
Bentuk baru dari nikel-molybdenum nitrida-katalitik ini dijelaskan dalam sebuah makalah yang diterbitkan Mei online 8, 2012 dalam jurnal Angewandte Chemie, International Edition.
Gas hidrogen menawarkan salah satu alternatif yang paling menjanjikan bahan bakar yang berkelanjutan. Tapi metode tradisional memproduksi hidrogen murni menghadapi tantangan yang signifikan dalam membuka potensi penuh, baik dengan melepaskan karbon dioksida saat nya bersumber dari gas alam atau membutuhkan unsur kimia langka dan mahal seperti platina hwne bersumber dari air dengan elektrolisis.
Katalis baru elektro mengejutkan para ilmuwan dengan berkinerja tinggi struktur nanosheet, memperkenalkan model baru untuk katalisis hidrogen efektif.
Brookhaven Nikel Molibdenum Nitrida Catalyst untuk Air MemisahkanBrookhaven Lab kimia Kotaro Sasaki, yang pertama kali disusun ide untuk penelitian ini menjelaskan, "Kami ingin merancang katalis yang optimal dengan aktivitas tinggi dan biaya rendah yang bisa menghasilkan hidrogen sebagai sumber kepadatan tinggi, energi bersih. Kami menemukan senyawa ini menarik yang benar-benar mengungguli harapan kita. "Latar Belakang - Air menyediakan sumber ideal hidrogen murni berlimpah dan bebas dari produk samping gas CO2 berbahaya. Elektrolisis air, atau pemisahan air (H2O) menjadi oksigen (O2) dan hidrogen (H2), membutuhkan arus listrik dan katalis yang efisien untuk memecah ikatan kimia sedangkan pergeseran di sekitar proton dan elektron. Untuk membenarkan usaha, jumlah energi yang dimasukkan ke dalam reaksi harus sekecil mungkin sementara masih melebihi minimum yang diperlukan oleh termodinamika, seorang tokoh yang terkait dengan apa yang disebut 'overpotential'.Untuk katalis untuk memfasilitasi reaksi efisien, harus menggabungkan daya tahan tinggi, aktivitas katalitik yang tinggi, dan luas permukaan yang tinggi. Kekuatan ikatan unsur hidrogen untuk menentukan tingkat reaksinya, jika terlalu lemah, dan ada tidak ada kegiatan; terlalu kuat, dan racun aktivitas awal katalis. Sayangnya, kandidat terkuat tradisional untuk aktivitas katalitik elektro, platinum, hadir dengan label harga mahal.Platinum merupakan bahan utama bagi katalisis elektro, menggabungkan overpotential rendah dengan aktivitas tinggi untuk reaksi kimia selama air-pemisahan. Tapi dengan biaya cepat naik, sudah melayang sekitar $ 50.000 per kilogram logam, platinum dan mulia mencegah meluasnya penggunaan.James Muckerman, kimiawan senior yang memimpin proyek tersebut membutuhkan penjelasan dengan, "Orang yang suka platinum, tetapi pasokan global tidak hanya terbatas drive up harga, tapi melemparkan keraguan pada jangka panjang kelangsungan hidup. Mungkin tidak cukup banyak untuk mendukung ekonomi hidrogen global. "Logam utama di kompleks baru yang dikembangkan oleh tim Brookhaven keduanya berlimpah dan murah: $ 20 per kilogram untuk nikel dan $ 32 per kilogram untuk molibdenum - itu 1000 kali lebih murah daripada platinum. Tetapi dengan sumber energi, kinerja seringkali pertimbangan yang lebih penting daripada harga."Kami harus membuat tinggi, aktivitas stabil dengan menggabungkan satu non-mulia elemen yang mengikat hidrogen terlalu lemah dengan yang lain yang mengikat terlalu kuat. Hasilnya menjadi ini yang seimbang Goldilocks senyawa - tepat "Itu penjelasan sederhana membuat jelas apa yang tim berhasil melakukan..Dalam katalis baru, nikel mengambil tempat reaktif dari platinum, tetapi tidak memiliki kepadatan elektron sebanding. Para ilmuwan diperlukan untuk mengidentifikasi elemen pelengkap untuk membuat nikel pengganti yang layak, dan mereka memperkenalkan logam molibdenum untuk meningkatkan kereaktifannya. Sementara efektif, tetap saja tidak bisa menyamai tingkat kinerja dari platina.Sekarang penelitian asosiasi Wei-Fu Chen, penulis utama kertas membutuhkan penjelasan, "diperlukan Kami memperkenalkan unsur lain untuk mengubah negara elektronik dari molibdenum nikel, dan kami tahu nitrogen yang telah digunakan untuk bahan massal, atau objek yang lebih besar dari satu mikrometer. Tapi ini sulit untuk bahan nano, dengan dimensi mengukur billionths meter. "Para ilmuwan memperkirakan nitrogen diterapkan untuk memodifikasi struktur molibdenum nikel, menghasilkan diskrit, bola-seperti nanopartikel. Namun, mereka menemukan sesuatu yang lain.Menundukkan senyawa untuk lingkungan amonia suhu tinggi diresapi nikel-molybdenum dengan nitrogen, tetapi juga mengubah partikel menjadi tak terduga dua dimensi nanosheets. Struktur nanosheet menawarkan situs reaktif yang sangat mudah diakses dan potensi reaksi yang lebih.Menggunakan mikroskop transmisi resolusi tinggi dalam Fisika Publikasi Brookhaven Lab Materi dan Ilmu Material Departemen, serta sinar-x probe di National Synchrotron Light Source, para ilmuwan menentukan struktur 2D materi dan diselidiki konfigurasi lokal elektronik."Terlepas dari kenyataan bahwa nitrida logam telah banyak digunakan, ini adalah contoh pertama dari satu membentuk nanosheet," kata Chen. "Nitrogen membuat perbedaan besar - itu diperluas kisi nikel-molybdenum, peningkatan kerapatan elektron, yang dibuat konfigurasi elektron mendekati bahwa dari logam mulia, dan mencegah korosi."Katalis Brookhaven baru melakukan hampir serta platinum, mencapai aktivitas katalitik elektro dan stabilitas tak tertandingi oleh non-mulia senyawa logam lain. "Proses produksi sederhana dan terukur," kata Muckerman, "pembuatan nikel-molybdenum-nitrida yang sesuai untuk aplikasi industri yang luas."Sementara katalis ini tidak mewakili solusi lengkap untuk tantangan untuk menciptakan gas hidrogen terjangkau, tidak menawarkan pengurangan besar dalam biaya peralatan penting. Tim ini menekankan bahwa terobosan itu muncul melalui eksplorasi mendasar, yang memungkinkan untuk penemuan mengejutkan dari struktur nanosheet.Ini adalah berita bagus. Saat ini hidrogen paling industri bersumber dari gas alam sehingga datang dengan sumber air yang kompetitif berbasis cukup berguna. Bahkan sebagai gas alam dengan harga yang sangat rendah, hidrogen diperlukan bisa tumbuh jika harga bisa dihalau furthr bawah.Untuk peneliti banyak aluminium telah menjadi katalis elektro pilihan. Mendapatkan bahan Brookhaven baru keluar ke tangan ribuan peneliti membuat Gas Browns. Bahan baru bisa menjadi langkah ke dalam penggunaan hidrogen lebih banyak dan lebih efisien.
Sekian, Terima kasih telah membacanya!
Sumber: New Energy and Fuel
Tidak ada komentar:
Posting Komentar