Блог

Oct 18, 2023

Умышленные дефекты способствуют лучшей реакции, сообщают исследователи

7 июня 2023 г. Эта статья

7 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

издательство Университета Цинхуа

Дефект – это не всегда плохо. На самом деле, когда дело доходит до улучшения процесса электрокатализа, который производит экологически чистый газообразный водород, это может быть очень хорошо. Исследователи из Китая разработали электрокатализатор, который ускоряет желаемую реакцию, как с аморфной, так и с кристаллической архитектурой, содержащей дефекты в атомной структуре. Дефекты позволяют электрокатализатору запускать «превосходную» реакционную активность, сообщила команда.

Они опубликовали свои результаты Nano Research Energy.

«Получение водорода в результате электролиза воды — или использование электрического тока для расщепления воды и отделения водорода от кислорода — на базе возобновляемых источников энергии является многообещающей технологией в смягчении и решении кризиса энергетики и окружающей среды», — сказал Цуйлин Ли, профессор Китайской академии. Технического института физики и химии наук, который также является филиалом Пекинского технологического института и Технологического института Биньчжоу.

Реакция выделения кислорода — это анодная реакция электролиза воды, при которой постоянный ток вызывает химическую реакцию, которая отделяет молекулы кислорода от молекул воды. Однако Ли назвал эту реакцию «вялым процессом», и она ограничивает электролиз воды как устойчивый механизм производства газообразного водорода. По словам Ли, реакция выделения кислорода протекает медленно, поскольку для запуска процесса переноса молекулами своих компонентов требуется много энергии, но ее можно ускорить с меньшими затратами энергии, если интегрировать ее с более эффективными катализаторами.

«Использование эффективных электрокатализаторов для реакции выделения кислорода имеет первостепенное значение для разработки электрохимических устройств для преобразования экологически чистой энергии», — сказал Ли.

Исследователи обратились к оксиду рутения, более дешевому катализатору, который меньше прилипает к реагентам и промежуточным продуктам, чем другие катализаторы.

«Сообщалось о наноматериалах на основе оксида рутения с лучшими характеристиками реакции выделения кислорода по сравнению с коммерческими продуктами, в то время как срочно необходимы и в значительной степени неисследованные стратегии разработки более сложных электрокатализаторов, обеспечивающих более эффективные каталитические характеристики», — сказал Ли.

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи синтезировали пористые частицы оксида рутения. Затем они обработали частицы, чтобы получить рационально регулируемые гетерофазы, то есть частицы содержат разную архитектуру, интегрированную вместе. По словам Ли, пористая и гетерофазная структура создает дефекты (по сути, трещины в атомной структуре), которые позволяют более активным местам реакции выделения кислорода протекать с большей эффективностью.

«Благодаря многочисленным дефектам, границам кристаллов и доступности активных центров полученных образцов были продемонстрированы превосходные характеристики реакции выделения кислорода», — сказал Ли, объяснив, что разработанные электрокатализаторы не только обеспечивают лучшую реакцию выделения кислорода, но и с меньшими затратами. электричество, питающее этот процесс. «Это исследование демонстрирует важность фазовой инженерии и открывает новый путь для разработки и синтеза катализаторов, сочетающих стратегии».

Больше информации: Ченгмин Ван и др., Фазовая инженерия, ориентированные аморфные/кристаллические нанопористые частицы RuO 2 с высоким содержанием дефектов для ускорения реакции выделения кислорода в кислых средах, Nano Research Energy (2023). DOI: 10.26599/NRE.2023.9120070