Tăng cường sản xuất hydro: Thủ thuật tuyển dụng của NiPS3
Lớp đơn NiPS₃ được thiết kế khiếm khuyết để tăng cường quá trình tiến hóa hydro. Hình minh họa này mô tả quá trình tăng cường xúc tác của phản ứng tiến hóa hydro (HER) đạt được thông qua kỹ thuật khiếm khuyết trong lớp đơn NiPS₃. Việc tạo ra các chỗ trống Ni và S một cách chiến lược tạo điều kiện cho quá trình phân ly nước và hấp thụ proton, tăng đáng kể hiệu quả sản xuất hydro.
Newswise — Quá trình tiến hóa hydro là nền tảng của năng lượng sạch, đóng vai trò then chốt trong việc sản xuất nhiên liệu hydro. Tuy nhiên, các chất xúc tác truyền thống như bạch kim có giá thành quá cao, thúc đẩy nhu cầu về các giải pháp thay thế. Các trichalcogenide phốt pho kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như NiPS 3 , là một lựa chọn đầy hứa hẹn do cấu trúc độc đáo của chúng. Tuy nhiên, những hạn chế tự nhiên của chúng—hoạt động xúc tác thấp và tính trơ của mặt phẳng cơ bản—đã làm đình trệ các ứng dụng thực tế. Những thách thức này làm nổi bật nhu cầu về kỹ thuật khiếm khuyết sáng tạo để giải phóng toàn bộ tiềm năng của chúng.
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Konkuk đã giải quyết vấn đề này trong nghiên cứu của họ (DOI: 10.1016/j.esci.2023.100204), được công bố trên eScience vào tháng 6 năm 2024. Sử dụng lý thuyết hàm mật độ nguyên lý đầu tiên (DFT), nhóm nghiên cứu đã khám phá nhiều cấu hình khiếm khuyết khác nhau trong NiPS 3 , bao gồm các chỗ trống đơn S, các chỗ trống đơn Ni và các chỗ trống đôi NiS kết hợp. Họ phát hiện ra rằng sự đồng hình thành các chỗ khuyết Ni và S không chỉ làm giảm năng lượng hoạt hóa mà còn tăng cường hiệu quả phân ly nước và hấp phụ proton, định vị NiPS 3 là một sự thay thế cạnh tranh cho bạch kim cho các phản ứng giải phóng hydro (HER).
Nghiên cứu đi sâu vào các cơ chế đằng sau bước đột phá này. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các chỗ khuyết đơn S tạo điều kiện cho sự hấp phụ nước thông qua liên kết giống như thay thế S, trong khi các chỗ khuyết Ni tăng cường tương tác với các proton bị phân ly. Các chỗ khuyết đôi NiS kết hợp mang lại những cải tiến đáng chú ý nhất, đạt được các con đường phản ứng tỏa nhiệt và các thay đổi năng lượng tự do tương đương với bạch kim. Phân tích cấu trúc điện tử cho thấy các chỗ khuyết này làm thay đổi đáng kể mật độ trạng thái cục bộ (LDOS), tối ưu hóa cả nhiệt động lực học và động học phản ứng. Sự hiệp đồng này khiến NiPS 3 được thiết kế khuyết tật trở thành một chất xúc tác đầy hứa hẹn và tiết kiệm chi phí cho HER, cho thấy thiết kế cấp độ nguyên tử có thể cách mạng hóa hiệu suất vật liệu trong các ứng dụng năng lượng.
Giáo sư Ki Chul Kim , nhà nghiên cứu chính, cho biết:
Kỹ thuật khiếm khuyết trên NiPS 3 mở ra những ranh giới mới trong xúc tác tiến hóa hydro,
“Những phát hiện của chúng tôi chứng minh rằng các chỗ trống nguyên tử được thiết kế cẩn thận có thể tăng cường đáng kể hiệu quả xúc tác, mở đường cho việc sản xuất hydro có thể
mở rộng quy mô và giá cả phải chăng.” Ngoài HER, bước đột phá này còn có ý nghĩa đối với các quá trình xúc tác khác, chẳng hạn như khử oxy và khử CO₂. Với sự tinh chỉnh hơn nữa, NiPS 3 có thể thúc đẩy những tiến bộ mang tính chuyển đổi trong công nghệ năng lượng sạch, giảm chi phí và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi toàn cầu sang nền kinh tế hydro. Nghiên cứu này đặt ra một chuẩn mực mới trong việc tận dụng các khiếm khuyết của nguyên tử để phát triển các chất xúc tác bền vững, hiệu suất cao cho những thách thức về năng lượng của tương lai.
Tăng cường sản xuất hydro: Thủ thuật tuyển dụng của NiPS3
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
