Bilim Ofisi | Yüksek Kararlılığa Sahip Yeni Bir Katalizör, Suyu Yakıta Dönüştürmeye Yardımcı Olabilir
637
post-template-default,single,single-post,postid-637,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,qode-title-hidden,qode_grid_1300,footer_responsive_adv,qode-theme-ver-16.6,qode-theme-bridge,disabled_footer_bottom,wpb-js-composer js-comp-ver-5.5.1,vc_responsive

Yüksek Kararlılığa Sahip Yeni Bir Katalizör, Suyu Yakıta Dönüştürmeye Yardımcı Olabilir

Doktora sonrası araştırmacı Jaemin Kim, kimya ve biyomoleküler mühendisliği profesörü Hong Yang ve yüksek lisans öğrencisi Pei-Chieh (Jack) Shih, hidrojen yakıtı üretimi için su moleküllerini bölmeye yardımcı olan yeni bir malzeme geliştiren ekibin parçaları.

 

Sudaki oksijen ve hidrojen arasındaki bağların koparılması, sürdürülebilir şekilde hidrojenin oluşturulmasında bir anahtar olabilir ancak bunun için ekonomik olarak uygulanabilir bir teknik bulmak oldukça zor olmuştur. Araştırmacılar, engellerin çoğunu (bolluk, asit koşullarında istikrar ve verim) ortadan kaldırabilen yeni hidrojen üreten katalizörü açıklıyor.

Urbana-Champaign’daki Illinois Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Angewandte Chemie dergisinde, perklorik asit ile metal bileşiklerin karışımından oluşan elektrokatalitik malzeme üzerine bir rapor yayınladılar.

Elektrolizörler, su moleküllerini oksijen ve hidrojene ayırabilmek için elektriği kullanır. Bu cihazların en verimlileri, aşındırıcı asitleri ve iridyum oksit veya rutenyum oksit metal bileşiklerinden yapılan elektrot malzemeleri kullanır. İridyum oksit rutenyum oksitten daha kararlıdır ancak iridyum yeryüzünde en az bulunan elementlerden birisidir. Bu yüzden de araştırmacılar alternatif bir malzeme arayışındadırlar.

Yardımcı yazar Illinois’de kimya ve biyomoleküler mühendisliği profesörü olan Hong Yang “Bir önceki çalışmanın büyük bir kısmı yalnızca iki elementten (bir metal ve oksijen) yapılan elektrolizörler ile gerçekleştirildi. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, bir bileşenin iki metal elementi (itriyum ve rutenyum) ve oksijeni varsa, suyu ayırma reaksiyonu oranının arttığını bulduk.” açıklamasını yaptı. Yang’ın ekibinin eski üyesi olan Yao Qin, ilk olarak bu yeni malzemeyi suyun ayrılma reaksiyonunun hızını arttırmak için farklı asitler kullanma ve sıcaklığı artırma prosedürlerini denedi.

Araştırmacılar, katalizör olarak perklorik asidi kullandılar ve ısı altında reaksiyona girmesini sağladıklarında, itriyum ruthenat ürününün fiziksel yapısının değiştiğini tespit etmişlerdir.

Başyazar ve doktora sonrası araştırmacı olan Jaemin Kim, “Malzeme daha gözenekli hale geldi ve ayrıca daha önce yaptığımız tüm katı katalizörlerden farklı, yeni bir kristal yapıya sahip oldu.” dedi. Ekibin geliştirdiği yeni gözenekli malzeme (itriyum rutenatın bir piroklorit oksidi), su moleküllerini mevcut endüstri standartlarına göre daha yüksek oranda ayırabilir.

Yang, “Artan aktiviteyi teşvik ettiği için gözenekli bir yapı, elektrokatalizörler söz konusu olduğunda oldukça caziptir” dedi. “Bu gözenekler, nanometre boyutlu şablonlar ve seramik yapmak için kullanılan maddeler ile sentetik olarak üretilebilir ancak yüksek kaliteli katı katalizörler yapmak için gereken yüksek sıcaklık koşullarına dayanamazlar.”

Yang ve ekibi, elektron mikroskobu ile yeni malzemelerinin yapısını inceledi ve  bu malzmelerin daha önceki çalışmada geliştirdikleri orijinal itriyum rutenattan dört, ticari olarak kullanılan iridyum ve rutenyum oksitlerinden üç kat daha fazla olduğunu fark ettiler.

Yang, ” Bu reaksiyonda katalizör olarak seçtiğimiz asidin, elektrot yapımında kullanılan malzemenin yapısını iyileştirdiği ortaya çıktı. Tesadüfen gerçekleşen bu durum bizim için oldukça önemliydi.” dedi.  Yang, ekibin bir sonraki adımının daha fazla test için laboratuvar ölçekli bir cihaz üretmek ve asidik ortamlarda gözenekli elektrot stabilitesini geliştirmeye devam etmek olacağını söyleyerek cümlelerine devam etti: “Elektrotların asitteki kararlılığı her zaman bir sorun olacaktır, ancak bu alandaki diğer çalışmalarla karşılaştırıldığında yeni ve farklı bir şey ortaya çıkardığımızı düşünüyoruz. Bu tür bir araştırma gelecekte sürdürülebilir enerji için hidrojen üretimi konusunda oldukça etkili olacaktır.”

Bu araştırmaya yüksek lisans öğrencisi Pei-Chieh Shih, Zaid Al-Bardanand ve Argonne Ulusal Laboratuvarı araştırmacısı Cheng-Jun Sun da katıldı.

Çeviri: Rabia Bice

Kaynak:

New, highly stable catalyst may help turn water into fuel. (2018, September 28). Retrieved from https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180928131311.htm