Hydro xanh: Tiến bộ nhanh hơn với các nguồn tia X hiện đại

Hydro xanh: Tiến bộ nhanh hơn với các nguồn tia X hiện đại

    Hydro xanh: Tiến bộ nhanh hơn với các nguồn tia X hiện đại
    của Hiệp hội Trung tâm Nghiên cứu Đức Helmholtz

    Green hydrogen: Faster progress with modern X-ray sources
    Ôxít mangan có nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Chúng là một loại vật liệu thú vị cho chất xúc tác điện. Ảnh: M. Risch / HZB


    Hydro xanh là chất mang năng lượng có tương lai. Nó thu được bằng cách điện phân tách nước với năng lượng từ gió hoặc mặt trời và lưu trữ năng lượng này ở dạng hóa học. Để làm cho việc phân tách các phân tử nước dễ dàng hơn (và giảm năng lượng đầu vào), các điện cực được phủ bằng vật liệu hoạt tính xúc tác.

    Tiến sĩ Marcel Risch và Nhóm điều tra viên trẻ của ông "Kỹ thuật cơ chế tiến hóa oxy" đang nghiên cứu sự tiến hóa của oxy trong quá trình điện phân của nước. Quá trình phát triển oxy nói riêng phải hoạt động hiệu quả hơn để sản xuất hydro tiết kiệm.

    Lớp vật liệu thú vị

    Một loại vật liệu thú vị cho chất xúc tác điện là các oxit mangan, có nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Risch giải thích: “Một tiêu chí quyết định cho sự phù hợp như một chất xúc tác điện là số oxy hóa của vật liệu và cách nó thay đổi trong quá trình phản ứng.

    Trong trường hợp của các oxit mangan, cũng có sự đa dạng lớn về các trạng thái oxi hóa có thể xảy ra. Quang phổ hấp thụ tia X (XAS) cung cấp thông tin về các trạng thái oxy hóa: Các lượng tử tia X với năng lượng thích hợp kích thích các điện tử trên các lớp vỏ trong cùng hấp thụ các lượng tử này. Tùy thuộc vào số oxy hóa, sự hấp thụ này có thể được quan sát ở các năng lượng kích thích khác nhau. Nhóm của Risch đã chế tạo một tế bào điện phân cho phép đo XAS trong quá trình điện phân.

    Quang phổ hấp thụ tia X

    Risch cho biết: “Với phương pháp quang phổ hấp thụ tia X, chúng tôi không chỉ có thể xác định số oxy hóa mà còn có thể quan sát các quá trình ăn mòn hoặc sự thay đổi giai đoạn của vật liệu”.

    Kết hợp với các phép đo điện hóa, dữ liệu đo do đó cung cấp sự hiểu biết tốt hơn nhiều về vật liệu trong quá trình điện phân. Tuy nhiên, cường độ cao cần thiết của tia X chỉ có ở các nguồn ánh sáng synctron hiện đại. Tại Berlin, HZB vận hành BESSY II cho mục đích này. Có khoảng 50 nguồn sáng như vậy để nghiên cứu trên toàn thế giới.

    Thang thời gian từ ngắn đến dài

    Risch vẫn nhận thấy tiềm năng lớn cho việc ứng dụng quang phổ hấp thụ tia X, đặc biệt là đối với thang thời gian quan sát. Điều này là do thời gian đo thông thường là vài phút cho mỗi lần đo. Tuy nhiên, phản ứng xúc tác điện diễn ra ở quy mô thời gian ngắn hơn.

    Risch nói: “Nếu chúng ta có thể theo dõi quá trình điện phân xảy ra, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về các chi tiết quan trọng. Với kiến ​​thức này, các chất xúc tác rẻ và thân thiện với môi trường có thể được phát triển nhanh hơn. Mặt khác, nhiều quá trình “lão hóa” diễn ra trong vài tuần hoặc vài tháng. "Ví dụ, chúng tôi có thể kiểm tra cùng một mẫu lặp đi lặp lại đều đặn để hiểu các quy trình này", Risch khuyên. Điều này cũng có thể làm cho nó có thể phát triển các chất xúc tác điện với sự ổn định lâu dài.

    Nghiên cứu được công bố trên Angewandte Chemie.

    Zalo
    Hotline