O catalisador de nanocluster de casca de núcleo permite a produção de hidrogênio de alta eficiência, baixo custo e ecologicamente correto

Uma equipe de pesquisa coreana desenvolveu com sucesso um catalisador eletroquímico avançado. Espera -se que essa inovação lidere a próxima geração de produção sustentável de hidrogênio.

O recém -desenvolvido catalisador Apresenta um nanocluster baseado em rutênio (RU) com uma estrutura de casca de núcleo. Apesar de usar apenas uma quantidade mínima de metallic precioso, oferece desempenho de classe mundial e estabilidade excepcional. Além disso, quando aplicado a equipamentos de eletrólise de água em escala industrial, demonstrou uma eficiência notável, destacando seu potencial para aplicações comerciais.

Esta pesquisa foi publicado em Energia e ciência ambiental.

O hidrogênio é amplamente considerado como uma fonte de energia limpa porque não emite dióxido de carbono quando queimado, tornando -o uma alternativa promissora a Combustíveis fósseis. Uma das maneiras mais eficientes de produzir hidrogênio ecológico é através da eletrólise da água, que divide a água em hidrogênio e oxigênio usando eletricidade.

Entre vários métodos de eletrólise, a eletrólise da água de troca de ânion (AEMWE) está ganhando atenção como uma tecnologia de próxima geração devido à sua capacidade de produzir hidrogênio de alta pureza. No entanto, para que a Aemwe seja comercialmente viável, requer catalisadores que oferecem ambos alta eficiência e estabilidade a longo prazo.

Atualmente, a platina (PT) é o catalisador mais amplamente utilizado para a produção de hidrogênio, mas seu alto custo e degradação rápida apresentam desafios significativos. Embora os pesquisadores tenham explorado alternativas de metallic não preciosas, esses materiais geralmente sofrem de baixa eficiência e baixa estabilidade, tornando-os inadequados para uso industrial.

Para superar essas limitações, a equipe de pesquisa liderada pelo professor Jin Younger Kim, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, em colaboração com o professor Chan Woo Lee, da Universidade Kookmin e o Dr. Sung Jong Yoo, do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia.

Ao reduzir o tamanho do catalisador para abaixo de 2 nanômetros (NM) e minimizar a quantidade de metallic precioso para apenas um terço do que é usado nos eletrodos convencionais à base de platina, a equipe alcançou desempenho superior, superando o dos catalisadores de platina existentes.

O catalisador recém -desenvolvido demonstrou um desempenho 4,4 vezes maior que os catalisadores de platina com o mesmo teor de metallic precioso, definindo um novo benchmark na eficiência da reação da evolução do hidrogênio. Além disso, registrou o maior desempenho já relatado entre os catalisadores de evolução de hidrogênio.

Sua estrutura exclusiva de eletrodos de espuma otimiza o fornecimento de materiais de reação, garantindo uma excelente estabilidade, mesmo sob densidades de alta corrente.

Nos testes AEMWE em escala industrial, o novo catalisador exigiu significativamente menos potência em comparação com os catalisadores comerciais de platina. Esse resultado solidifica seu potencial como uma solução que muda o jogo para a tecnologia de eletrólise de água de próxima geração.

O processo de desenvolvimento envolveu várias inovações importantes. Primeiro, a equipe de pesquisa tratou um substrato de espuma de titânio com peróxido de hidrogênio para formar uma fina camada de óxido de titânio.

Isso foi seguido por doping com o molibdênio de metallic de transição (MO). Em seguida, as nanopartículas de óxido de rutênio, medindo apenas de 1 a 2 nm de tamanho, foram depositadas uniformemente no substrato modificado.

Um tratamento térmico preciso de baixa temperatura induziu difusão no nível atômico, formando a estrutura do núcleo-casca. Durante a reação da evolução do hidrogênio, um processo de redução eletroquímica aumentou ainda mais as propriedades do materials, resultando em um núcleo de metallic de rutênio encapsulado por uma monocamada de Titania reduzida porosa, com átomos de molibdênio metálico posicionados na interface.

Olhando para o futuro, espera-se que o catalisador de nanocluster de casca principal melhore significativamente a eficiência da produção de hidrogênio, reduzindo drasticamente a quantidade de metallic precioso necessário, reduzindo finalmente os custos de produção.

Sua combinação de alto desempenho e viabilidade econômica o torna um forte candidato para uso em células de combustível de hidrogênio para veículos, sistemas de transporte ecológicos, usinas de hidrogênio e várias aplicações industriais.

Além de suas aplicações práticas, esse avanço representa um grande avanço tecnológico que pode acelerar a transição dos sistemas de energia baseados em combustível fóssil para uma economia acionada por hidrogênio.

O professor Jin Younger Kim enfatizou o impacto da pesquisa, afirmando: “O catalisador do núcleo-casca, apesar de serem menores que 2 nanômetros, demonstram desempenho e estabilidade notáveis. Esse avanço contribuirá significativamente para o desenvolvimento da tecnologia de fabricação de dispositivos nano-shell e a tecnologia de fabricação de dispositivos e produção de hidrogênioaproximando-nos de um futuro neutro em carbono “.

Enquanto isso, o Dr. Hyun Woo Lim, o primeiro autor do estudo, foi selecionado para o programa de bolsas de Sejong do governo e continua sua pesquisa como bolsista de pós -doutorado no laboratório do professor Kim na Universidade Nacional de Seul.

Seu foco atual é desenvolver e comercializar ainda mais a tecnologia Core-Shell Catalyst.