Nền tảng bền tạo nhiên liệu bền vững từ nước biển

Nền tảng bền tạo nhiên liệu bền vững từ nước biển

    Nền tảng bền tạo nhiên liệu bền vững từ nước biển

    Hình ảnh quang phổ chứng minh sự chuyển pha của OH- thành oxy thông qua vật liệu điện cực mới được phát triển của các hydrua kép phân lớp benzoat-niken-sắt trên vải cacbon (BZ-NiFe-LDH / CC). Ảnh: Năng lượng Nghiên cứu Nano

    Durable platform makes sustainable fuel from seawater
    Nước biển có thể là nguồn cung cấp nhiên liệu bền vững hoàn hảo: nó có thể tái tạo, dồi dào, kinh tế và chứa chính xác các thành phần phù hợp để sản xuất hydro chất lượng cao. Hạn chế là nó chứa các thành phần ít mong muốn hơn, chẳng hạn như clo, cản trở công nghệ chuyển đổi. Một nhóm nghiên cứu quốc tế có thể đã phát triển một nền tảng xử lý thay thế có thể thu được tất cả các lợi ích mà không gặp phải các vấn đề do clo gây ra trong các nỗ lực trước đó.

    Họ đã công bố kết quả của mình vào ngày 6 tháng 9 năm 2022 trên Nano Research Energy.

    “Điện phân nước biển là một cách tiếp cận cực kỳ hấp dẫn để thu năng lượng hydro sạch, nhưng các loại clo có hại, chẳng hạn như clorua hoặc hypoclorit, gây ra sự ăn mòn nghiêm trọng ở cực dương,” tác giả tương ứng Xuping Sun, giáo sư tại Đại học Khoa học và Công nghệ Điện tử Trung Quốc cho biết và tại Đại học Sư phạm Sơn Đông.

    Sự điện phân bao gồm việc áp dụng một điện tích vào nước và phân tách các thành phần của nó, tạo ra hydro và oxy. Hydro có thể được sử dụng làm nhiên liệu sạch chỉ thải ra nước khi nó cháy, thay vì carbon dioxide có hại do nhiên liệu hóa thạch thải ra. Cực âm, hay điện cực âm, thu hút OH- và giúp chúng khử thành các phân tử đích của hai nguyên tử hydro.

    Đồng thời, cực dương, hoặc điện cực dương, kéo các phân tử mang điện tích âm và cung cấp cho chúng các electron, khiến chúng bị oxy hóa. Tuy nhiên, trong quá trình điện phân nước biển, cực dương cũng thu hút các nguyên tố clo tích điện âm, các nguyên tố này cạnh tranh với OH- và có thể ăn mòn điện cực sau khi sử dụng.

    Theo Sun, các điện cực được sử dụng trong quá trình điện phân có thể được làm từ nhiều loại oxit kim loại quý, oxit không có kim loại quý, và oxit đa kim loại, nhưng hầu như tất cả đều dẫn đến cùng một vấn đề cạnh tranh và ăn mòn với clorua.

    Sun cho biết: “Trong số các lựa chọn vật liệu, hydroxit kép phân lớp được xác minh là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các phản ứng mong muốn do thành phần có thể điều chỉnh được, chi phí thấp hơn và hoạt động xúc tác tốt.


    Hình ảnh minh họa cấu trúc của vật liệu BZ-NiFe-LDH / CC và cách hydroxit thâm nhập vào lớp vô định hình để phản ứng, trong khi clorua bị đẩy lùi. Tín dụng: Năng lượng Nghiên cứu Nano
    Các vật liệu hydroxit kép phân lớp là các tinh thể phiến giống brucit bao gồm các lớp chủ dương và các lớp xen kẽ cân bằng điện tích. Hai lớp này kẹp nước và các hạt hút âm, chẳng hạn như clorua.

    Sun cho biết: “Nghiên cứu trước đây trong nhóm của chúng tôi và những người khác đã chứng minh rằng hydrua kép phân lớp niken-sắt cung cấp hoạt tính xúc tác đầy hứa hẹn và phản ứng oxy hóa chọn lọc, nhưng tuổi thọ của vật liệu cần được cải thiện. "Điều này có thể được thực hiện bằng cách ức chế các phản ứng phụ, chẳng hạn như ăn mòn clorua và cải thiện sự trao đổi OH-, nhưng độ ổn định lâu dài ít nhất 100 giờ đối với mật độ dòng điện lớn hiếm khi đạt được trên vật liệu này."

    Để đạt được một điện cực ổn định hơn, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mảng hyđrua kép phân lớp niken-sắt trên vải cacbon, với benzoat - được biết đến nhiều nhất như một chất bảo quản thực phẩm khi được sử dụng với natri - các hạt được chèn vào các lớp.

    Sun cho biết: “Trong công trình này, chúng tôi báo cáo rằng phương pháp này đạt được hiệu quả và ổn định quá trình điện phân oxy hóa nước biển. "Thật thú vị, các ion benzoat tích điện âm không chỉ hoạt động như một chất ức chế ăn mòn với khả năng chống lại hóa học clo (điện) bất lợi mà còn là chất nhận proton để giảm bớt sự sụt giảm pH của dung dịch cục bộ xung quanh điện cực hydrua kép nhiều lớp."

    Ngoài ra, các ion benzoat cũng mở rộng khoảng cách giữa các lớp của vật liệu, tạo điều kiện cho các chất điện phân xâm nhập và khuếch tán qua nó. Nền tảng có thể thực hiện quá trình điện phân thỏa đáng liên tục trong 100 giờ mà không bị thay đổi cấu trúc rõ ràng, theo Sun.

    Sun cho biết: “Thiết kế này đã đạt được nhiều nhu cầu của một cực dương đối với quá trình oxy hóa nước biển hiệu quả và ổn định. "Công trình này không chỉ cung cấp cho chúng tôi một chất xúc tác mạnh mẽ cho quá trình điện phân oxy hóa nước biển hoạt tính cao, mà còn có thể mở ra một con đường thú vị cho kỹ thuật bề mặt của vật liệu xúc tác anốt với độ bền được nâng cao."

    Zalo
    Hotline