Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Monday, 2020-04-06, 5:48 AM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Оцените наш сайт/ Please rate our website
Total of answers: 1364
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

12:17 PM
Ученые создали новый катализатор для расщепления воды / Scientists have created a new catalyst for water splitting

Электричество может генерироваться из возобновляемых источников, таких как солнечный свет и ветер, а затем использоваться для расщепления воды, что превращает водород в топливо для новых энергетических устройств, таких как топливные элементы.

Поскольку водород является чистым топливом, исследователи прилагают немало усилий для разработки катализаторов расщепления воды, которые необходимы для энергоэффективности реакции.

Основное внимание уделяется так называемой реакции выделения кислорода (OER), которая, возможно, является наиболее сложным процессом расщепления воды. После многих лет интенсивных исследований, оксид никеля и железа в настоящее время признан лучшим катализатором OER в щелочных условиях благодаря высокой активности и богатому содержанию земли, а также благодаря тому, что он обладает самой высокой активностью на участок реакции среди всех оксидов металлов.

Около трех лет назад ученые из лаборатории Xile Hu в EPFL обнаружили еще один катализатор, который был значительно более активным, чем оксид никеля и железа, хотя и имел аналогичный состав. Это надежный катализатор, простой в синтезе и открытый для промышленного применения.

Во главе открытия стоял Фан Сон и его коллеги из Шанхайского университете Цзяотун в Китае. Катализатор позволил создать эффективный электролизер, который мог бы работать в промышленных условиях, требуя на 200 мВ меньше напряжения.

Но новый катализатор был нетрадиционным с точки зрения химии. «Мы понятия не имели, почему катализатор будет таким активным», — говорят ученые. Поэтому они обратились за помощью к группе Клеманса Корминбофа в EPFL. Работая с Майклом Бушем, Корминбоф использовал вычисления теории функционала плотности (DFT) для поиска возможных теоретических объяснений. DFT — это вычислительный квантово-механический метод, который моделирует и изучает структуру систем многих тел, например атомов и молекул.

Результат был радикальным: высокая активность нового катализатора обусловлена ​​совместным действием двух разделенных на фазы компонентов оксидов железа и никеля, которые преодолели ранее установленное ограничение обычных оксидов металлов, где реакция происходила локально только на одном металлическом участке. Они назвали это бифункциональным механизмом.

Используя рентгеновскую абсорбционную спектроскопию (XAS), в работе были обнаружены доказательства двухфазного разделения оксидов железа и никеля в катализаторе. Но поскольку катализаторы могут претерпевать изменения состава и структуры во время катализа, возникла необходимость в изучении катализатора в работе с XAS.

В обширном исследовании XAS ученые раскрыли уникальную структуру катализатора — он состоит из нанокластеров γ-FeOOH, ковалентно связанных с подложкой γ-NiOOH, что делает его катализатором оксида железа-никеля, в отличие от обычного оксида никеля-железа. Хотя эта структура не является прямым доказательством, она совместима с предлагаемым DFT бифункциональным механизмом.

«Это действительно междисциплинарное исследование, в котором участвуют многие плодотворные сотрудники», — говорит Ху. «Фундаментальные исследования не только дают представление о структуре и деятельности этого нетрадиционного катализатора, но также приводят к наводящей на размышления механистической гипотезе».

Fang Song et al, An Unconventional Iron Nickel Catalyst for the Oxygen Evolution Reaction, ACS Central Science (2019). DOI: 10.1021/acscentsci.9b00053

http://ab-news.ru

 

Electricity can be generated from renewable sources such as sunlight and wind, and then used to split water, which turns hydrogen into fuel for new energy devices such as fuel cells.

Since hydrogen is a clean fuel, researchers are putting a lot of effort into developing the water splitting catalysts that are necessary for the energy efficiency of the reaction.

The focus is on the so-called oxygen release reaction (OER), which is arguably the most complex water splitting process. After many years of intensive research, Nickel and iron oxide is now recognized as the best OER catalyst in alkaline conditions due to its high activity and rich earth content, as well as due to the fact that it has the highest activity per reaction site among all metal oxides.

About three years ago, scientists at the xile Hu laboratory at EPFL discovered another catalyst that was significantly more active than Nickel and iron oxide, although it had a similar composition. It is a reliable catalyst, easy to synthesize and open for industrial applications.

At the head of the opening was Fang Song and his colleagues from Shanghai Jiaotong University in China. The catalyst made it possible to create an effective electrolyzer that could operate in industrial conditions, requiring 200 mV less voltage.

But the new catalyst has been unconventional from the point of view of chemistry. "We had no idea why the catalyst would be so active," scientists say. So they turned for help to a group of Clemence Carminia in EPFL. Working with Michael Bush, Karminrot used calculations of the density functional theory (DFT) to find possible theoretical explanations. DFT is a computational quantum mechanical method that simulates and studies the structure of systems of many bodies, such as atoms and molecules.

The result was radical: the high activity of the new catalyst was due to the combined action of two phase-separated components of iron and Nickel oxides, which overcame the previously established limitation of conventional metal oxides, where the reaction occurred locally only on one metal site. They called it a bifunctional mechanism.

Using x-ray absorption spectroscopy (XAS), evidence of the two-phase separation of iron and Nickel oxides in the catalyst was found. But since catalysts can undergo changes in composition and structure during catalysis, there is a need to study the catalyst in XAS.

In a comprehensive study of XAS scientists have uncovered a unique structure of the catalyst comprises nanoclusters of the γ-FeOOH covalently associated with the substrate γ-NiOOH, which makes him a catalyst of iron oxide-Nickel, unlike an ordinary oxide of Nickel-iron. Although this structure is not direct proof, it is compatible with the proposed DFT bifunctional mechanism.

"It's really an interdisciplinary study involving many fruitful employees," says Hu. "Fundamental research not only provides insight into the structure and activity of this unconventional catalyst, but also leads to a suggestive mechanistic hypothesis."

 

Fang Song et al, An Unconventional Iron Nickel Catalyst for the Oxygen Evolution Reaction, ACS Central Science (2019). DOI: 10.1021/acscentsci.9b00053

http://ab-news.ru

Category: Химия- Сhemistry | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  March 2019  »
SuMoTuWeThFrSa
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links