Wodór jest uważany za najbliższy zielonemu źródłu energii, ponieważ emituje jedynie tlen i wodę. Istnieją różne metody produkcji szarego, niebieskiego i zielonego wodoru. Proces i rodzaj wytwarzanego wodoru zależą od źródła energii i emisji dwutlenku węgla. Spośród nich, produkcja zielonego wodoru jest najbardziej przyjazna dla środowiska i nie powoduje emisji CO2. Dlatego naukowcy poszukują sposobu na usprawnienie produkcji zielonego wodoru z aktywnych MXenes.
Zespół badawczy z Koreańskiego Instytutu Nauki i Technologii (KIST) pod kierownictwem dr Alberta Sung Soo Lee we współpracy z grupą profesora Chong Min Koo z Uniwersytetu Sungkyunkwan opracował oksydacyjnie stabilny MXene na bazie molibdenu jako nośnik elektrokatalizatora w elektrolizerach wody z membraną anionowymienną.
Niedawno opublikowany raport podkreśla stabilność MXene w warunkach wysokiego napięcia utleniającego . Eksperyment pokazuje, że MXene może być stosowany jako materiał elektrodowy do reakcji wydzielania tlenu w produkcji zielonego wodoru. Może to również obniżyć koszty produkcji.
Produkcja Zielonego Wodoru i Potrzeba MXene
Do rozszczepienia wody na cząsteczki wodoru i tlenu potrzeba dużo energii. Katalizator z maleńkimi cząsteczkami nanometrycznymi zapewniający większą powierzchnię reakcji może obniżyć energię wymaganą przez proces.
Jednak wydajność produkcji wodoru zmniejsza się z czasem, ponieważ cząstki katalizatora aglomerują się. Aby temu zapobiec, węgiel jest głównie używany jako katoda, ale utlenia się do CO2 podczas reakcji utleniania anody.
Tak więc Mxene, nanomateriały są używane jako nośniki. Ponieważ składają się z atomów metali (Mo, Ti, Ta, Hf, itp.) i atomów węgla lub azotu, wykazują właściwości przewodzące prąd elektryczny. Ponadto mają dwuwymiarową nanostrukturę, która jest odpowiednia do podtrzymywania katalizatora. Te cechy sprawiają, że są korzystne do produkcji wodoru.
W ramach innych badań naukowcy z UT opracowują paliwo wodorowe pozyskiwane ze skał bogatych w żelazo.
Najważniejsze:Ulepszona produkcja zielonego wodoru z aktywnych MXenes
- MXenes są oparte na tytanie i ze względu na swoją naturę atomową łatwo utleniają się w wodzie. Doprowadziło to do wrodzonej wady katalizatora, polegającej na tym, że nie jest w stanie utrzymać wysokiej przewodności elektrycznej.
- Aby pokonać to ograniczenie, zespół opracował MXene na bazie węglika molibdenu jako katalizator pomocniczy.
- MXene na bazie molibdenu tworzy silne wiązania pomiędzy atomami molibdenu i aktywnym materiałem kobaltu na powierzchni.
- Produkcja wodoru wzrasta 2.45 razy dzięki wiązaniom chemicznym powstającym w wyniku reakcji.
- Trwałość ogniw wzrosła 10-krotnie w porównaniu do wyników najnowszego MXene na bazie tytanu (którego trwałość wynosiła mniej niż 40 godzin).
- Nowe podejście pozwala na obniżenie kosztów produkcji zielonego wodoru.
- Będzie ona stosowana w dużych zakładach produkujących wodór i elektrowniach.
Dr Albert Sung Soo Lee z KIST mówi: „Kontrolując pierwiastki tworzące MXene, byliśmy w stanie znaleźć odpowiednich kandydatów do środowisk produkcji zielonego wodoru i dzięki temu zapewniliśmy stabilne wsparcie MXene w środowisku utleniającym”.
„W przyszłości przyczynimy się do ożywienia gospodarki opartej na wodorze, opracowując katalizatory elektrodowe generujące tlen, charakteryzujące się wydajnością katalityczną i trwałością” – dodał dr Lee.
Źródło : Odkrywanie roli katalitycznie aktywnych nośników MXene w zwiększaniu wydajności i trwałości
