[ad_1]

در راه CO2اقتصاد خنثی ، ما باید طیف وسیعی از فن آوری ها را بهبود بخشیم – از جمله استخراج الکتروشیمیایی هیدروژن از آب ، سلول های سوختی یا جذب کربن. همه این فناوری ها یک چیز مشترک دارند: آنها فقط در صورت استفاده از کاتالیزورهای مناسب کار می کنند. بنابراین ، برای سالهای زیادی ، محققان در حال تحقیق در مورد مناسب ترین مواد برای این منظور بوده اند.

TU Wien و مرکز الکتروشیمی و فناوری سطح CEST در Wiener Neustadt ترکیبی منحصر به فرد از روش های تحقیقاتی برای این نوع تحقیقات دارند. دانشمندان با هم می توانند نشان دهند: جستجوی کاتالیزور کامل نه تنها یافتن ماده مناسب بلکه جهت گیری آن است. بسته به جهتی که کریستال بریده می شود و از این رو کدام یک از اتم های آن را به جهان خارج بر روی سطح خود ارائه می دهد ، رفتار آن می تواند به طرز چشمگیری تغییر کند.

کارایی یا ثبات

پروفسور مارکوس والتینر از انستیتوی فیزیک کاربردی در TU Wien (IAP) می گوید: “برای فرآیندهای بسیار مهم در الکتروشیمی ، فلزات گرانبها اغلب به عنوان کاتالیزور مانند اکسید ایریدیم یا ذرات پلاتین استفاده می شوند.” در بسیاری از موارد ، اینها کاتالیزورهایی هستند که کارایی بالایی دارند. با این وجود ، نکات مهم دیگری نیز باید در نظر گرفته شود: پایداری کاتالیزور و در دسترس بودن و بازیافت مواد. م itثرترین ماده کاتالیزور اگر فلزی نادر باشد ، بعد از مدت کوتاهی حل شود ، دچار تغییرات شیمیایی شود یا به دلایل دیگر غیرقابل استفاده شود ، کاربرد کمی دارد.

به همین دلیل ، کاتالیزورهای پایدارتر دیگری مانند اکسید روی مورد توجه قرار می گیرند ، اگرچه حتی از کارآیی کمتری نیز برخوردار هستند. با ترکیب روشهای مختلف اندازه گیری ، اکنون می توان نشان داد که با مطالعه نحوه ساختار سطح بلورهای کاتالیزور در مقیاس اتمی ، می توان به طور قابل توجهی کارایی و پایداری این نوع کاتالیزورها را بهبود بخشید.

همه چیز به جهت بستگی دارد

کریستال ها می توانند سطوح مختلفی داشته باشند: مارکوس والتینر می گوید: “بیایید یک بلور مکعبی شکل را تصور کنیم که آن را از دو قسمت جدا کردیم.” “ما می توانیم مکعب را از وسط ببریم و دو مکعب ایجاد کنیم. یا می توانیم آن را به صورت مورب و با زاویه 45 درجه برش دهیم. سطوح برشی که در این دو حالت بدست می آوریم متفاوت است: اتمهای مختلف در فواصل مختلف قرار دارند از یکدیگر بر روی سطح بریده شده. بنابراین ، این سطوح می توانند در فرآیندهای شیمیایی بسیار متفاوت رفتار کنند. “

بلورهای اکسید روی مکعبی شکل نیستند ، بلکه شش ضلعی تشکیل می شوند ، شبیه لانه زنبوری ، اما در اینجا اصل یکسانی اعمال می شود: خصوصیات آن به محل قرارگیری اتمهای سطح بستگی دارد. مارکوس والتینر می گوید: “اگر زاویه مناسب سطح را انتخاب کنید ، سوراخ های کوچک مثلثی میکروسکوپی وجود دارد که قطر آنها فقط چند اتم است.” “اتم های هیدروژن می توانند به آنجا متصل شوند ، فرایندهای شیمیایی اتفاق می افتد که به جداسازی آب کمک می کند ، اما در عین حال خود ماده را تثبیت می کند.”

اکنون ، برای اولین بار ، تیم تحقیقاتی توانسته اند این تثبیت را اثبات کنند: “مارکوس والتینر” توضیح می دهد: “در سطح کاتالیزور ، آب به هیدروژن و اکسیژن جدا می شود. در حالی که این فرآیند در حال انجام است ، ما می توانیم از نمونه های مایع استفاده کنیم و بررسی کنیم که آیا آنها دارای اثری از کاتالیزور هستند. . “برای این منظور ، ابتدا باید مایع به شدت در پلاسما گرم شده و به اتمهای جدا شده تجزیه شود. سپس این اتمها را به یک طیف سنج جرمی جدا کرده و آنها را عنصر به عنصر طبقه بندی می کنیم. اگر کاتالیزور پایدار باشد ، به سختی باید چنین اتمهایی را از کاتالیزور پیدا کنیم. در حقیقت ، هنگام تولید هیدروژن ، ما هیچ تجزیه ای از مواد در ساختار مثلث اتمی پیدا نکردیم. “این اثر تثبیت کننده به طور شگفت انگیزی قوی است – اکنون تیم در تلاش است اکسید روی را حتی بیشتر کارآمد کرده و اصل فیزیکی را به این امر منتقل کند. تثبیت بر روی مواد دیگر.

فرصت های تحقیقاتی منحصر به فرد برای تبدیل سیستم انرژی

ساختارهای سطح اتمی سالهاست که در TU Wien مورد مطالعه قرار گرفته اند. ماركوس والتینر می گوید: “در مituteسسه ما ، این ساختارهای مثلثی برای اولین بار سالها پیش به نمایش در آمد و از نظر تئوری توضیح داده شد و در حال حاضر ما اولین کسانی هستیم كه اهمیت آنها را برای الكتروشیمی نشان می دهیم. “این بدان دلیل است که در اینجا ما در شرایط منحصر به فردی قرار داریم که می توانیم تمام مراحل تحقیقاتی لازم را در یک سقف – از تهیه نمونه تا شبیه سازی ابر رایانه ، از میکروسکوپ خلا vac بسیار بالا گرفته تا آزمایشات عملی در یک محیط واقع بینانه” ترکیب کنیم. “

کارینا برونهوفر ، دانشجوی IAP می گوید: “این همکاری بین تخصص های مختلف زیر یک سقف بی نظیر است و مزیت بزرگ ما این است که یک رهبر جهانی در تحقیق و تدریس در این زمینه هستیم.”

“در طول این سالها ده بعدی، ما پایدار و سیستم های اقتصادی مقرون به صرفه برای جداسازی آب و کاهش CO2 بر اساس پیشرفت های روش شناختی و درک اساسی از شیمی سطح و فیزیک توسعه، گفت:” دومینیک Dvorsac، نویسنده اول مطالعه به تازگی منتشر شده. ماركوس والتینر گفت: “با این وجود حداقل باید دو برابر توان خروجی فعلی حاصل شود.” “بنابراین ، ما فقط از طریق تحقیق و توسعه مداوم و بین بخشی در یک مسیر هیجان انگیز برای دستیابی به اهداف آب و هوایی خود هستیم.

[ad_2]

منبع: khabar-erfan.ir