Nhiên liệu hydro sạch dễ sản xuất hơn từ nước biển với các chất xúc tác điện phân cấp ổn định

Nhiên liệu hydro sạch dễ sản xuất hơn từ nước biển với các chất xúc tác điện phân cấp ổn định

    Nhiên liệu hydro sạch dễ sản xuất hơn từ nước biển với các chất xúc tác điện phân cấp ổn định
    bởi Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah

    Tapping into seawater's energetic potential
    Các nhà khoa học của KAUST đang khám phá cách sản xuất nhiên liệu hydro từ nước biển, loại nhiên liệu dồi dào hơn nhiều so với nước ngọt quý giá. Ảnh: © 2022 KAUST; Thơm Leach.


    Nước biển, chiếm hơn 95% lượng nước trên Trái đất, có thể trở thành nguồn tài nguyên quan trọng trong việc sản xuất bền vững nhiên liệu hydro sạch với việc sử dụng các chất xúc tác tách nước do nhóm KAUST dẫn đầu.

    Tách nước có thể là một cách hấp dẫn để trung hòa carbon, đặc biệt là khi kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Tách nước liên quan đến sự phân hủy nước trong pin điện hóa để tạo ra hydro ở cực âm trong khi tạo ra oxy ở cực dương dưới điện áp đặt vào. Tuy nhiên, các chất xúc tác tiến hóa hydro và oxy hoạt động tốt trong nước ngọt trở nên kém hiệu quả hơn trong nước biển vì lượng ion dồi dào có thể thúc đẩy các phản ứng không mong muốn và chất xúc tác độc.

    Các ion clorua có tính ăn mòn cao có trong nước biển trải qua các phản ứng phức tạp cạnh tranh với quá trình tiến hóa oxy và tạo ra các hợp chất có hại, chẳng hạn như hypoclorit. Vì sản xuất hydro phụ thuộc vào các phản ứng ổn định và hiệu quả ở cả hai điện cực, các ion này là một thách thức lớn đối với quá trình tách nước biển.

    Nhà hóa học Huabin Zhang giải thích rằng sự hình thành hypoclorit có thể xảy ra vì nó đòi hỏi điện áp hoạt động thấp hơn để đáp ứng nhu cầu công nghiệp so với phản ứng tiến hóa oxy.

    Một cách để giải quyết vấn đề này là thiết kế các chất xúc tác anốt chọn lọc với các yêu cầu điện áp thấp hơn. Chất xúc tác anot đơn lớp niken-iridi cho thấy hiệu suất và độ ổn định được nâng cao trong nước biển nhờ tác dụng hiệp đồng giữa các thành phần kim loại của nó.

    Nhóm của Zhang đã nghĩ ra một phương pháp cung cấp các chất xúc tác điện tiến hóa hydro hiệu quả cao và ổn định để tách nước biển. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các lò phản ứng hình khối cực nhỏ, trong đó chất xúc tác được bọc trong một lớp vỏ bảo vệ molypden sulfide. Lõi chất xúc tác bao gồm một hợp chất hoạt động oxy hóa khử dựa trên molypden được hỗ trợ bởi cacbon và có cấu trúc dạng nanô có trật tự giống zeolit.

    Sử dụng phương pháp tiếp cận dựa trên khung hữu cơ kim loại, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các tiền chất phức hợp kim loại với chất liên kết imidazole với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt để tạo ra các khối kẽm-molypden giống zeolit. Họ trộn các cấu trúc thu được với thioacetamide trong etanol trong quá trình hồi lưu để tạo thành pha oxit molypden hình khối được giới hạn trong một lớp vỏ kẽm sulfua mỏng.

    Tiếp theo, họ chuyển pha lập phương về mặt hóa học thành hợp chất oxy hóa khử được bao bọc bằng molypden sulfua mong muốn ở nhiệt độ cao trước khi khắc chọn lọc lớp bên ngoài kẽm sulfua để tạo ra các phản ứng nano.

    Các lò phản ứng nano thể hiện tính ổn định và hoạt động điện xúc tác cao trong cả nước ngọt và nước biển. Zhang nói: “Hoạt động đáng chú ý và sự ổn định là do cấu trúc độc đáo của chúng.

    Phần lõi hiển thị nhiều vị trí hoạt động giúp thúc đẩy sản xuất hydro và lớp vỏ có một số khuyết tật bên trong các lớp của nó, đặc biệt là các lỗ có kích thước dưới mét cho phép các phân tử nước thấm qua và tiếp cận các vị trí hoạt động bên trong.

    Hoạt động như một chuỗi thư, shell cũng chặn và ngăn không cho muối lắng đọng trên các vị trí đang hoạt động.

    Kiến trúc phân cấp của lò phản ứng nano cô lập quá trình điện phân khỏi các phản ứng phụ. Zhang nói: “Tương tự như một ngôi nhà thông minh, phản ứng chính xảy ra trong các phòng trong khi phản ứng phụ xảy ra ở sân sau.

    Phát hiện của họ được công bố trên tạp chí Chem Catallysis.

    Các nhà nghiên cứu hiện đang thiết kế các chất xúc tác tiên tiến với cấu hình cụ thể để đạt được sự chuyển đổi năng lượng bền vững hơn trong quá trình tách nước biển. Họ cũng đang nghiên cứu sự tiến hóa cấu trúc và hành vi của các trung tâm phản ứng trong quá trình xúc tác để có được kiến ​​thức chuyên sâu về kỹ thuật tách nước biển để tiến bộ trong tương lai và thương mại hóa hàng loạt.

    Zalo
    Hotline