Bij het nastreven van duurzame alternatieven voor koolstofgebaseerde energiebronnen spelen de efficiëntie en schaalbaarheid van technologieën een cruciale rol. Ontwikkelingen in dual-atom katalysatoren stimuleren hernieuwbare energie en specifiek watersplitsingssystemen (WWS's) bieden een veelbelovende oplossing. Door DAC's te gebruiken, is het mogelijk om belangrijke reacties zoals zuurstofreductie/-evolutie en waterstofevolutie te verbeteren. Dit biedt een aanzienlijke vooruitgang in batterijtechnologie met efficiënte dual-atom katalysatoren in energieomzetting.
Wetenschappers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology in China streven ernaar de prestaties van watersplitsingssystemen (WSS'en) te verbeteren door het ontwerp van de belangrijkste halfreacties te optimaliseren. Deze reacties omvatten zuurstofreductiereacties, zuurstofontwikkelingsreacties en waterstofontwikkelingsreacties. Snelle, efficiënte en schaalbare technologieën zijn essentieel in de zoektocht naar duurzame alternatieven voor koolstofhoudende energiebronnen. Zonne-energiebatterijen, in de vorm van watersplitsingssystemen (WWS'en), bieden een veelbelovende oplossing. De complexe en trage reactiestappen die gepaard gaan met WWS'en belemmeren momenteel echter hun brede toepassing. Katalysatoren met twee atomen verbeteren de snelheid en prestaties van belangrijke reacties. Door te fungeren als een brug tussen katalysatoren met één atoom en metaal-/legeringsnanodeeltjes, kunnen ze opmerkelijke vooruitgang in deze processen bewerkstelligen.
De corresponderende auteur van de studie, Jiang Heqing, zei: "De zuurstofreductie/evolutie en waterstofevolutiereacties zijn de kernreacties, waarbij processen van meervoudige proton-elektronkoppeling betrokken zijn. Deze processen verlopen kinetisch traag, waardoor het dringend noodzakelijk is om efficiënte, stabiele en goedkope elektrokatalytische materialen te ontwikkelen om hun conversie-efficiëntie te verbeteren."
Belang van DAC's
Katalysatoren met twee atomen (DAC's) hebben meerdere metaalatomen per actief centrum, waardoor ze belangrijk zijn in energiekatalyse. Ze hebben een veelzijdige katalytische activiteit, een efficiënt gebruik van atomen en een betere interactie met reactie-intermediairen in vergelijking met katalysatoren met één atoom (SAC's). Bovendien zal het gebruik van SAC's in energieomzettingssystemen de energieomzettingsrendementen aanzienlijk belemmeren vanwege de verhoogde reactiebarrières.
De twee metaalatomen in DAC's zorgen voor een synergetisch effect , waardoor de samenwerking tussen de twee actieve centra efficiënt gemoduleerd kan worden. Dit leidt op zijn beurt tot een aanzienlijke verlaging van de energiebarrières die nodig zijn voor de reactie.
Belang van sintermethoden
Om het potentieel van DAC's te vergroten en het wijdverspreide gebruik ervan te bevorderen, is het belangrijk om het synthesemechanisme ervan te onderzoeken met behulp van sintermethoden bij hoge temperaturen. Dit zal ongetwijfeld hun ontwikkeling stimuleren en ze gemakkelijker beschikbaar maken voor commerciële doeleinden. Het atomisatie- en sinterproces is erop gericht kobalt om te zetten in nanodeeltjes door middel van atomisatie. Deze worden vervolgens gebruikt om zowel enkelvoudige atoom (SA) als dubbele atoom (DA) deeltjes te creëren door middel van sintering.
De strategische betekenis van dit onderzoek ligt in het vermogen om diverse toepassingen van atomisatie/sinteren te ontdekken bij de creatie van 21 andere DAC's. Door te begrijpen hoe deze DAC's gevormd worden via het atomisatie/sinterproces, zullen diverse mogelijkheden ontstaan om duurzame energieopwekking te onderzoeken. Naarmate het aantal DAC's toeneemt, groeit ook het potentieel voor verdere vooruitgang op dit gebied.
Zie ook : Meer dan 20 uitvindingen die nog moeten worden gedaan om de wereld te helpen
Stabiele verbinding en veelbelovende resultaten
De Co2N5-verbinding met twee atomen werd aan strenge tests onderworpen in zink-luchtbatterijen, en de resultaten waren zeer veelbelovend. De opmerkelijke stabiliteit van de zink-luchtbatterijen, die ongeveer 800 uur (circa 1 maand) meeging , was werkelijk uitzonderlijk. Bovendien vertoonden deze batterijen nog een opmerkelijke eigenschap: het vermogen om continu water te splitsen gedurende ongeveer 1,000 uur (circa anderhalve maand), waardoor ononderbroken werking mogelijk was , zelfs in het donker. Deze resultaten betekenen een grote vooruitgang in de batterijtechnologie.
Jiang Heqing zei: "Het werk aan DAC's is in volle gang. Deze universele en schaalbare strategie biedt mogelijkheden voor het gecontroleerd ontwerpen van efficiënte multifunctionele dual-atom katalysatoren in energieomzettingstechnologieën."
De ontwikkelingen in dual-atom katalysatoren stimuleren hernieuwbare energie, maar er zijn nog verdere verbeteringen mogelijk om de mogelijkheden van bimetallische katalysatoren te vergroten. Het is ook leerzaam om hun prestaties onder verschillende omstandigheden, zoals lage temperaturen of zeewater, te evalueren om potentiële uitdagingen te identificeren die hun grootschalige of commerciële toepassing kunnen belemmeren.
Bron : Ontwikkelingen in dual-atom katalysatoren maken hernieuwbare energiebronnen efficiënter
