Устөрөгч нь чулуужсан түлшнээс ялгарах утаагүй хувилбар болох нь улам бүр цэвэр, тогтвортой ирээдүйн чухал хөдөлгөгч хүч болж байна. Устөрөгчийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх нь ирээдүйтэй боловч цагаан алтад суурилсан үнэтэй катализаторыг шаарддаг.
Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд Токиогийн Шинжлэх Ухааны Их Сургуулийн (TUS) судлаачид палладий нано хуудас (PdDI) ашиглан устөрөгчийн хувьслын шинэ катализаторыг бүтээсэн бөгөөд энэ нь платинтай төстэй үр ашгийг бага зардлаар хангадаг.
Судалгааг Токиогийн Их Сургууль, Японы Синхротрон Цацрагийн Судалгааны Хүрээлэн, Киотогийн Технологийн Хүрээлэн, RIKEN Spring-8 Төв, Японы Материалын Шинжлэх Ухааны Үндэсний Хүрээлэнгийн судлаачидтай хамтран TUS-ийн доктор Хироаки Маэда, профессор Хироши Нишихара нар удирдсан. Энэхүү нээлт нь ногоон устөрөгч үйлдвэрлэх гол үйл явц болох устөрөгчийн хувьслын урвал (HER)-д гарсан нээлт юм. HER нь устөрөгч үүсгэхийн тулд устөрөгчийг электролитийн аргаар задлах үед явагддаг. Ихэвчлэн цагаан алтаар хийгдсэн HER катализаторын электродууд нь ус задрах үед электродын гадаргуу дээр үүссэн шинээр үүссэн устөрөгчийг ([H]) устөрөгчийн хий (H₂) болгон хувиргахад тусалдаг. Цагаан алт (Pt) нь HER катализаторын хувьд маш үр дүнтэй боловч түүний хомсдол, өндөр өртөг нь үйлдвэрлэлийн зардлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, өргөн хүрээтэй хэрэглээг хязгаарладаг.
Судалгааны баг энгийн синтезийн арга болон хязгаарлагдмал хэмжээний үнэт металлыг ашиглан Pt катализаторын өндөр үр ашигтай хувилбарыг боловсруулсан. Тус баг металлын хэрэглээг багасгахын зэрэгцээ каталитик идэвхийг хамгийн их байлгахын зэрэгцээ устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн зардлыг эрс бууруулдаг палладий дээр суурилсан нано хуудас үйлдвэрлэжээ.
“Үр ашигтай HER электрокатализаторыг хөгжүүлэх нь H₂-ийн тогтвортой үйлдвэрлэлийн гол түлхүүр юм. Өндөр дамжуулах чадвар, том гадаргуугийн талбай, үр ашигтай электрон дамжуулалттай палладийн нано хуудас нь ирээдүйтэй нэр дэвшигчид юм” гэж Хироаки Маэда хэлэв.
Тус баг нь хий-шингэн хоорондын нийлэгжилт ба цахилгаан химийн исэлдэлт гэсэн хоёр өөр аргыг ашиглан PdDI нано хуудас (C-PdDI ба E-PdDI) боловсруулсан. Идэвхжүүлсний дараа E-PdDI давхаргууд нь цагаан алтны 34 мВ-ын хэт потенциалтай адил 35 мВ-ын бага хэт потенциалыг харуулсан нь устөрөгч үйлдвэрлэхэд маш бага нэмэлт эрчим хүч шаардсан гэсэн үг юм. 2,1 мА/см²-ийн солилцооны гүйдлийн нягт нь цагаан алтны катализаторын гүйцэтгэлтэй тохирч байв. Эдгээр үр дүн нь E-PdDI-г өнөөг хүртэл боловсруулсан хамгийн үр дүнтэй HER катализаторын тоонд оруулав.
Аливаа катализаторын чухал талуудын нэг бол урт хугацааны тогтвортой байдал юм. PdDI нано хуудаснууд нь маш сайн бат бөх чанарыг харуулсан бөгөөд хүчиллэг нөхцөлд 12 цагийн дараа бүрэн бүтэн хэвээр үлдсэн нь устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн бодит системд тохиромжтой болохыг баталж байна.
PdDI нано хуудаснууд нь НҮБ-ын Тогтвортой хөгжлийн зорилтууд (SDGs): SDG 7 – Хямд үнэтэй, цэвэр эрчим хүчийг дэмжих, SDG 9 – Аж үйлдвэр, инноваци, дэд бүтцийг дэмжих зорилготой. Энэхүү судалгааны үр дагавар нь лабораторийн туршилтаас давж гардаг. PdDI нано хуудасны өргөтгөх чадвар, идэвхжил нэмэгдсэн, өртөг хэмнэлттэй байдал нь тэдгээрийг үйлдвэрийн устөрөгчийн үйлдвэрлэл, устөрөгчийн түлшний эсүүд болон том хэмжээний эрчим хүч хадгалах системд маш их татдаг.
Цаашилбал, цагаан алтад суурилсан катализаторыг PdDI-аар солих нь уул уурхайтай холбоотой ялгаралтыг бууруулж, улмаар устөрөгчийн тогтвортой эдийн засагт шилжих шилжилтийг хурдасгах болно. Цаашилбал, палладийн атомын нягт нь Pt атомын нягтаас арав дахин бага байдаг нь үнэт металлын Pt-ээс хамаарлыг бууруулж, хэмнэлттэй электрод үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Pt-ийг PdDI нано хуудасаар солих нь автомашины үйлдвэрлэл, устөрөгчийн үйлдвэрлэл, электродын хангамж зэрэгт ихээхэн ашиг тусаа өгөх төлөвтэй байна.
Судалгааны явц ахих тусам TUS-ийн баг PdDI нано хуудсыг арилжаанд оруулахын тулд илүү оновчтой болгож, байгаль орчинд ээлтэй устөрөгчийн нийгмийг хөгжүүлэхэд хувь нэмрээ оруулахыг зорьж байна.
Жинхэнэ хэвлэл
бас унш
H2BlackForest устөрөгчийг өдөр тутмын хэрэглээнд тохиромжтой болгодог | Пугналом
Дестинус устөрөгчийн туршилтын парк байгуулна | Пугналом
