В поисках устойчивых альтернатив источникам энергии на основе углерода эффективность и масштабируемость технологий играют решающую роль. Разработки в области двухатомных катализаторов стимулируют возобновляемую энергетику, и в частности системы расщепления воды (WWS), предлагают многообещающее решение. Используя DAC, можно улучшить важные реакции, такие как восстановление/выделение кислорода и выделение водорода. Это обеспечивает значительное усовершенствование технологии аккумуляторов с эффективными двухатомными катализаторами в преобразовании энергии.
Ученые из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологий в Китае стремятся повысить эффективность систем расщепления воды (WWS) путем улучшения конструкции ключевых полуреакций. К этим реакциям относятся реакции восстановления кислорода, реакции выделения кислорода и реакции выделения водорода. Для поиска устойчивых альтернатив углеродсодержащим источникам энергии необходимы быстрые, эффективные и масштабируемые технологии. Солнечные батареи в виде систем расщепления воды (WWS) представляют собой многообещающее решение. Сложные и медленные стадии реакций, связанные с WWS, в настоящее время препятствуют их широкому внедрению. Двухатомные катализаторы повышают скорость и эффективность важных реакций. Выступая в качестве связующего звена между одноатомными и металлическими/сплавными наночастицами катализаторов, они могут обеспечить значительные улучшения в этих процессах.
Ведущий автор исследования, Цзян Хэцин, сказал: «Реакции восстановления/выделения кислорода и выделения водорода являются ключевыми реакциями, включающими многопротонно-электронные процессы, которые протекают медленно с кинетической точки зрения, поэтому крайне важно разработать эффективные, стабильные и недорогие электрокаталитические материалы для повышения их эффективности преобразования».
Важность ЦАП
Катализаторы с двумя атомами (DAC) содержат несколько атомов металла на активный центр, что делает их важными в энергетическом катализе. Они обладают универсальной каталитической активностью, эффективным использованием атомов и лучшим взаимодействием с промежуточными продуктами реакции по сравнению с катализаторами с одним атомом (SAC). Кроме того, использование SAC в системах преобразования энергии значительно снизит эффективность преобразования энергии из-за повышенных энергетических барьеров реакции.
Наличие двух атомов металла в DAC-системах создает синергетический эффект , позволяющий эффективно модулировать кооперативные эффекты между двумя активными центрами. Это, в свою очередь, приводит к значительному снижению энергетических барьеров, необходимых для протекания реакции.
Важность методов спекания
Для расширения потенциала DAC и содействия их широкому применению важно изучить механизм их синтеза с использованием методов высокотемпературного спекания. Это, несомненно, ускорит их развитие и сделает их более доступными для коммерческого использования. Процесс распыления и спекания направлен на превращение кобальта в наночастицы путем распыления. Затем эти наночастицы используются для создания как одноатомных (SA), так и двухатомных (DA) частиц путем спекания.
Стратегическое значение данного исследования заключается в его способности выявить различные применения распыления/спекания при создании еще 21 типа алмазных наковальней. Понимание того, как эти алмазные наковальни формируются в процессе распыления/спекания, откроет множество возможностей для изучения устойчивого использования энергии. По мере увеличения числа алмазных наковальней будет расти и потенциал для дальнейшего развития в этой области.
См. также : 20+ изобретений, которые необходимо изобрести, чтобы помочь миру
Стабильное соединение и многообещающие результаты
Соединение Co2N5 с двумя атомами было подвергнуто тщательному тестированию в цинк-воздушных батареях, и результаты оказались весьма многообещающими. Замечательная стабильность цинк-воздушных батарей, составляющая около 800 часов (примерно 1 месяц) , поистине исключительна. Более того, эти батареи продемонстрировали еще одну замечательную особенность – способность непрерывно расщеплять воду в течение примерно 1,000 часов (примерно 1 месяца), обеспечивая непрерывную работу даже в темноте. Эти результаты свидетельствуют о значительном прогрессе в технологии производства батарей.
Цзян Хэцин сказал: «Работа над катализаторами на основе двух атомов продолжается. Эта универсальная и масштабируемая стратегия открывает возможности для контролируемого проектирования эффективных многофункциональных катализаторов на основе двух атомов в технологиях преобразования энергии».
Развитие двухатомных катализаторов способствует развитию возобновляемой энергетики, однако можно добиться дальнейших улучшений для повышения эффективности биметаллических катализаторов. Также полезно оценить их работу в различных условиях, таких как низкие температуры или морская вода, чтобы выявить потенциальные проблемы, которые могут препятствовать их крупномасштабному или коммерческому использованию.
Источник : Развитие двухатомных катализаторов повышает эффективность возобновляемых источников энергии.
