হাইড্রোজেন তৈরির জন্য আরও ভাল সমাধানগুলি ঠিক সারফেসে থাকতে পারে

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

হোম > প্রেস > হাইড্রোজেন তৈরির জন্য আরও ভাল সমাধানগুলি ঠিক পৃষ্ঠে থাকতে পারে

পেরোভস্কাইট অক্সাইড, এর পরিবর্তনশীল পৃষ্ঠ স্তর, এবং OER-এর দিকে সক্রিয় লোহার প্রজাতির মধ্যে অনন্য মিথস্ক্রিয়া সক্রিয় এবং স্থিতিশীল উপাদানগুলির নকশার জন্য একটি নতুন পথ তৈরি করে, যা আমাদের দক্ষ এবং সাশ্রয়ী মূল্যের সবুজ হাইড্রোজেন উত্পাদনের এক ধাপ কাছাকাছি নিয়ে আসে। ক্রেডিট Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি

সারাংশ:
হাইড্রোজেন জ্বালানি দ্বারা চালিত একটি পরিষ্কার শক্তি ভবিষ্যত নির্ভর করে কীভাবে নির্ভরযোগ্য এবং দক্ষতার সাথে জল বিভক্ত করা যায় তা নির্ধারণের উপর। কারণ, হাইড্রোজেন প্রচুর পরিমাণে থাকা সত্ত্বেও, এটি অবশ্যই অন্য একটি পদার্থ থেকে প্রাপ্ত হতে হবে যাতে এটি রয়েছে - এবং আজ, সেই পদার্থটি প্রায়শই মিথেন গ্যাস। বিজ্ঞানীরা জীবাশ্ম জ্বালানি ব্যবহার না করে এই শক্তি বহনকারী উপাদানটিকে আলাদা করার উপায় খুঁজছেন। এটি হাইড্রোজেন-জ্বালানিযুক্ত গাড়িগুলির জন্য পথ প্রশস্ত করবে, উদাহরণস্বরূপ, যেগুলি টেলপাইপে শুধুমাত্র জল এবং উষ্ণ বায়ু নির্গত করে।

হাইড্রোজেন তৈরির জন্য আরও ভাল সমাধানগুলি কেবলমাত্র পৃষ্ঠের উপরে থাকতে পারে

Argonne, IL | 9 এপ্রিল, 2021 এ পোস্ট করা হয়েছে

জল, বা H2O, হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন একত্রিত করে। আণবিক হাইড্রোজেনের আকারে হাইড্রোজেন পরমাণুকে এই যৌগ থেকে আলাদা করতে হবে। এই প্রক্রিয়াটি একটি কী - কিন্তু প্রায়ই ধীর - ধাপের উপর নির্ভর করে: অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া (OER)। OER হল যা জল থেকে আণবিক অক্সিজেনকে মুক্ত করে, এবং এই প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করা শুধুমাত্র হাইড্রোজেন উৎপাদনই নয়, ব্যাটারিতে পাওয়া যায় এমন বিভিন্ন রাসায়নিক প্রক্রিয়ার জন্যও গুরুত্বপূর্ণ।

"অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া অনেক প্রক্রিয়ার একটি অংশ, তাই এখানে প্রযোজ্যতা বেশ বিস্তৃত।" — পিয়েত্রো পাপা লোপেস, আর্গোনে সহকারী বিজ্ঞানী

ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর (DOE) Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির বিজ্ঞানীদের নেতৃত্বে একটি সমীক্ষা পেরোভস্কাইট অক্সাইডে একটি আকৃতি-বদলকারী গুণকে আলোকিত করে, যা OER-এর গতি বাড়ানোর জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল ধরনের উপাদান। পেরোভস্কাইট অক্সাইডগুলি বিভিন্ন যৌগকে ঘিরে থাকে যেগুলির সকলেরই একটি অনুরূপ স্ফটিক কাঠামো রয়েছে। এগুলিতে সাধারণত A-সাইটে একটি ক্ষারীয় আর্থ ধাতু বা ল্যানথানাইড যেমন লা এবং Sr এবং B-সাইটে Co-এর মতো একটি রূপান্তর ধাতু থাকে, ABO3 সূত্রে অক্সিজেনের সাথে মিলিত হয়। গবেষণাটি অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে যা শুধুমাত্র নবায়নযোগ্য জ্বালানি তৈরির জন্য নয় বরং শক্তি সঞ্চয় করার জন্য নতুন উপকরণ ডিজাইন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

পেরোভস্কাইট অক্সাইডগুলি OER নিয়ে আসতে পারে এবং এগুলি ইরিডিয়াম বা রুথেনিয়ামের মতো মূল্যবান ধাতুগুলির তুলনায় কম ব্যয়বহুল যা কাজটি করে। কিন্তু পেরোভস্কাইট অক্সাইডগুলি এই ধাতুগুলির মতো সক্রিয় নয় (অন্য কথায়, OER-কে ত্বরান্বিত করতে দক্ষ) এবং তারা ধীরে ধীরে ক্ষয় হতে থাকে।

"এই উপকরণগুলি কীভাবে সক্রিয় এবং স্থিতিশীল হতে পারে তা বোঝা আমাদের জন্য একটি বড় চালিকা শক্তি ছিল," বলেছেন পিয়েত্রো পাপা লোপেস, আর্গোনের উপাদান বিজ্ঞান বিভাগের একজন সহকারী বিজ্ঞানী যিনি গবেষণার নেতৃত্ব দিয়েছেন। "আমরা এই দুটি বৈশিষ্ট্যের মধ্যে সম্পর্ক এবং কীভাবে এটি পেরোভস্কাইটের বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে সংযোগ স্থাপন করে তা অন্বেষণ করতে চেয়েছিলাম।"

পূর্ববর্তী গবেষণায় পেরোভস্কাইট সামগ্রীর বাল্ক বৈশিষ্ট্যের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে এবং সেগুলি কীভাবে OER কার্যকলাপের সাথে সম্পর্কিত। গবেষকরা অবাক হয়েছিলেন, তবে গল্পে আরও কিছু আছে কিনা। সব পরে, একটি উপাদান পৃষ্ঠ, যেখানে এটি তার আশেপাশের সঙ্গে প্রতিক্রিয়া, বাকি থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন হতে পারে। এর মতো উদাহরণগুলি প্রকৃতির সর্বত্র রয়েছে: একটি অর্ধেক অ্যাভোকাডোর কথা ভাবুন যা দ্রুত বাদামী হয়ে যায় যেখানে এটি বাতাসের সাথে মিলিত হয় তবে ভিতরে সবুজ থাকে। পেরোভস্কাইট উপাদানগুলির জন্য, একটি পৃষ্ঠ যা বাল্ক থেকে আলাদা হয়ে যায় আমরা কীভাবে তাদের বৈশিষ্ট্যগুলি বুঝতে পারি তার জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব থাকতে পারে।

জলের ইলেক্ট্রোলাইজার সিস্টেমে, যা জলকে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনে বিভক্ত করে, পেরোভস্কাইট অক্সাইডগুলি জল এবং বিশেষ লবণের প্রজাতির ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে যোগাযোগ করে, একটি ইন্টারফেস তৈরি করে যা ডিভাইসটিকে পরিচালনা করতে দেয়। যেহেতু বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রয়োগ করা হয়, সেই ইন্টারফেসটি জল-বিভাজন প্রক্রিয়া বন্ধ করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। "অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া কীভাবে এগিয়ে যাবে তার উপাদানটির পৃষ্ঠটি সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিক: আপনার কতটা ভোল্টেজ প্রয়োজন, এবং আপনি কতটা অক্সিজেন এবং হাইড্রোজেন তৈরি করতে যাচ্ছেন," লোপেস বলেছিলেন।

পেরোভস্কাইট অক্সাইডের পৃষ্ঠটি বাকি উপাদান থেকে আলাদা নয়, এটি সময়ের সাথে সাথে পরিবর্তিত হয়। "একবার এটি একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেমে, পেরভস্কাইট পৃষ্ঠটি বিকশিত হয় এবং একটি পাতলা, নিরাকার ফিল্মে পরিণত হয়," লোপেস বলেছিলেন। "আপনি যে উপাদানটি দিয়ে শুরু করেন এটি কখনই একই রকম নয়।"

গবেষকরা OER এর সময় পেরোভস্কাইট উপাদানের পৃষ্ঠ কীভাবে বিকশিত হয় তা নির্ধারণ করতে তাত্ত্বিক গণনা এবং পরীক্ষাগুলিকে একত্রিত করেছেন। নির্ভুলতার সাথে এটি করার জন্য, তারা ল্যান্থানাম কোবাল্ট অক্সাইড পেরোভস্কাইট অধ্যয়ন করে এবং আরও প্রতিক্রিয়াশীল ধাতু স্ট্রন্টিয়ামের সাথে ল্যান্থানামকে "ডোপিং" করে এটিকে সুর করে। প্রাথমিক উপাদানে যত বেশি স্ট্রনটিয়াম যুক্ত করা হয়েছিল, তত দ্রুত এর পৃষ্ঠটি বিকশিত হয়েছিল এবং OER-এর জন্য সক্রিয় হয়ে উঠেছে - এমন একটি প্রক্রিয়া যা গবেষকরা ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপির সাথে পারমাণবিক রেজোলিউশনে পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম হয়েছিল। গবেষকরা দেখতে পেয়েছেন যে পেরোভস্কাইট থেকে স্ট্রনটিয়াম দ্রবীভূতকরণ এবং অক্সিজেন ক্ষয় এই নিরাকার পৃষ্ঠ স্তরের গঠনকে চালিত করছে, যা বিজ্ঞান ব্যবহারকারী সুবিধার একটি ডিওই অফিস ন্যানোস্কেল ম্যাটেরিয়ালস সেন্টার ব্যবহার করে সম্পাদিত গণনামূলক মডেলিং দ্বারা আরও ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

"পেরোভস্কাইটগুলি কেন OER-এর দিকে সক্রিয় ছিল তা বোঝার শেষ অনুপস্থিত অংশটি ছিল ইলেক্ট্রোলাইটে উপস্থিত অল্প পরিমাণে আয়রনের ভূমিকা অন্বেষণ করা," লোপেস বলেছিলেন। একই গ্রুপের গবেষকরা সম্প্রতি আবিষ্কার করেছেন যে লোহার চিহ্নগুলি অন্যান্য নিরাকার অক্সাইড পৃষ্ঠগুলিতে OER উন্নত করতে পারে। একবার তারা নির্ধারণ করে যে একটি পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠ একটি নিরাকার অক্সাইডে বিকশিত হয়, তারপরে এটি পরিষ্কার হয়ে গেল কেন লোহা এত গুরুত্বপূর্ণ।

"কম্পিউটেশনাল স্টাডিজ বিজ্ঞানীদের প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া বুঝতে সাহায্য করে যা পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠ এবং ইলেক্ট্রোলাইট উভয়ই জড়িত," বলেছেন পিটার জাপোল, আর্গোনের একজন পদার্থবিদ এবং সহ-লেখক। "আমরা প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়ার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছি যা পেরোভস্কাইট উপকরণগুলিতে কার্যকলাপ এবং স্থিতিশীলতার প্রবণতা উভয়ই চালিত করে। এটি সাধারণত কম্পিউটেশনাল স্টাডিতে করা হয় না, যা শুধুমাত্র কার্যকলাপের জন্য দায়ী প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়ার উপর ফোকাস করে।"

গবেষণায় দেখা গেছে যে পেরোভস্কাইট অক্সাইডের পৃষ্ঠটি মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার পুরু কোবাল্ট-সমৃদ্ধ নিরাকার ফিল্মে বিবর্তিত হয়েছে। যখন ইলেক্ট্রোলাইটে লোহা উপস্থিত ছিল, তখন লোহা OER কে ত্বরান্বিত করতে সাহায্য করেছিল, যখন কোবাল্ট-সমৃদ্ধ ফিল্মটি লোহার উপর একটি স্থিতিশীল প্রভাব ফেলে, এটিকে পৃষ্ঠে সক্রিয় রাখে।

ফলাফলগুলি পেরোভস্কাইট উপকরণ ডিজাইন করার জন্য নতুন সম্ভাব্য কৌশলগুলির পরামর্শ দেয় - কেউ একটি দ্বি-স্তর সিস্টেম তৈরির কল্পনা করতে পারে, লোপেস বলেন, এটি আরও বেশি স্থিতিশীল এবং OER প্রচার করতে সক্ষম।

"OER অনেক প্রক্রিয়ার একটি অংশ, তাই এখানে প্রযোজ্যতা বেশ বিস্তৃত," লোপেস বলেন। "সামগ্রীর গতিশীলতা এবং পৃষ্ঠের প্রক্রিয়াগুলিতে তাদের প্রভাব বোঝা হল কিভাবে আমরা শক্তি রূপান্তর এবং স্টোরেজ সিস্টেমগুলিকে আরও ভাল, আরও দক্ষ এবং সাশ্রয়ী করতে পারি।"

###

24 ফেব্রুয়ারী আমেরিকান কেমিক্যাল সোসাইটির জার্নালের কভারে প্রকাশিত এবং হাইলাইট করা একটি গবেষণাপত্রে এই গবেষণাটি বর্ণনা করা হয়েছে, "অক্সিজেন বিবর্তনের সময় পেরোভস্কাইট উপাদানের সারফেস ইভোলিউশন থেকে গতিশীলভাবে স্থিতিশীল সক্রিয় সাইট।" লোপেস এবং জাপোল ছাড়াও, সহ-লেখকদের মধ্যে ডং ইয়ং চুং, হং ঝেং, পেদ্রো ফারিনাজ্জো বার্গামো ডায়াস মার্টিন্স, ডুসান স্ট্রমকনিক, ভোজিস্লাভ স্ট্যামেনকোভিচ, নেনাড মার্কোভিচ এবং জন মিচেল আর্গোনে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে; শিকাগোর ইলিনয় বিশ্ববিদ্যালয়ের জু রুই এবং রবার্ট ক্লি; এবং হাইয়িং তিনি ভালপারাইসো বিশ্ববিদ্যালয়ে। এই গবেষণাটি DOE এর বেসিক এনার্জি সায়েন্সেস অফিস দ্বারা অর্থায়ন করা হয়েছিল।

####

Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি সম্পর্কে
Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে জাতীয় সমস্যাগুলি চাপানোর জন্য সমাধান চায়। দেশের প্রথম জাতীয় পরীক্ষাগার, আর্গোন কার্যত প্রতিটি বৈজ্ঞানিক শাখায় অগ্রণী-প্রান্তের মৌলিক এবং ফলিত বৈজ্ঞানিক গবেষণা পরিচালনা করে। Argonne গবেষকরা তাদের নির্দিষ্ট সমস্যা সমাধানে, আমেরিকার বৈজ্ঞানিক নেতৃত্বকে এগিয়ে নিতে এবং জাতিকে উন্নত ভবিষ্যতের জন্য প্রস্তুত করতে সাহায্য করার জন্য শত শত কোম্পানি, বিশ্ববিদ্যালয় এবং ফেডারেল, রাজ্য এবং পৌর সংস্থার গবেষকদের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে কাজ করে। 60 টিরও বেশি দেশের কর্মচারীদের সাথে, আর্গোন ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি অফিস অফ সায়েন্সের জন্য UChicago Argonne, LLC দ্বারা পরিচালিত হয়৷

ন্যানোস্কেল উপকরণগুলির জন্য আর্গোনেন সেন্টার সম্পর্কে

ন্যানোস্কেল সামগ্রীর কেন্দ্র হল পাঁচটি DOE ন্যানোস্কেল বিজ্ঞান গবেষণা কেন্দ্রের মধ্যে একটি, DOE অফিস অফ সায়েন্স দ্বারা সমর্থিত ন্যানোস্কেলে আন্তঃবিভাগীয় গবেষণার জন্য প্রধান জাতীয় ব্যবহারকারী সুবিধা। একত্রে NSRC-তে পরিপূরক সুবিধার একটি স্যুট রয়েছে যা গবেষকদের ন্যানোস্কেল উপকরণ তৈরি, প্রক্রিয়াকরণ, বৈশিষ্ট্য এবং মডেল করার জন্য অত্যাধুনিক ক্ষমতা প্রদান করে এবং ন্যাশনাল ন্যানোটেকনোলজি ইনিশিয়েটিভের বৃহত্তম অবকাঠামো বিনিয়োগ গঠন করে। NSRCগুলি DOE এর Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia এবং Los Alamos National Laboratories এ অবস্থিত। DOE NSRC সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, অনুগ্রহ করে এখানে যান https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.

ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জির অফিস অফ সায়েন্স হল মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ভৌত বিজ্ঞানের মৌলিক গবেষণার একক বৃহত্তম সমর্থক এবং আমাদের সময়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ চ্যালেঞ্জগুলির কিছু মোকাবেলা করার জন্য কাজ করছে৷ আরো তথ্যের জন্য, যান https://energy.gov/science .

আরো তথ্যের জন্য, ক্লিক করুন এখানে

যোগাযোগ:
ডায়ানা অ্যান্ডারসন
630-252-4593

@আর্গোন

কপিরাইট © Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি

আপনার মতামত থাকলে দয়া করে যোগাযোগ আমাদের.

সপ্তম ওয়েভ, ইনক। বা ন্যানোটেকনোলজির না হয়ে সংবাদ প্রকাশের ইস্যুকারীরা সামগ্রীর সামগ্রীর যথার্থতার জন্য একমাত্র দায়বদ্ধ।

বুকমার্ক: