हाइड्रोजन बनाने के बेहतर समाधान सतह पर ही मौजूद हो सकते हैं

प्लेटो द्वारा पुनर्प्रकाशित

अनुयायियों: 0

होम > दबाएँ >हाइड्रोजन बनाने के बेहतर समाधान सतह पर ही मौजूद हो सकते हैं

पेरोव्स्काइट ऑक्साइड, इसकी बदलती सतह परत और ओईआर की ओर सक्रिय लौह प्रजातियों के बीच अद्वितीय बातचीत सक्रिय और स्थिर सामग्रियों के डिजाइन के लिए एक नया मार्ग प्रशस्त करती है, जो हमें कुशल और किफायती हरित हाइड्रोजन उत्पादन के एक कदम करीब लाती है। क्रेडिट आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी

सार:
हाइड्रोजन ईंधन द्वारा संचालित स्वच्छ ऊर्जा का भविष्य इस बात पर निर्भर करता है कि पानी को विश्वसनीय और कुशलतापूर्वक कैसे विभाजित किया जाए। ऐसा इसलिए है, क्योंकि भले ही हाइड्रोजन प्रचुर मात्रा में है, इसे किसी अन्य पदार्थ से प्राप्त किया जाना चाहिए जिसमें यह शामिल है - और आज, वह पदार्थ अक्सर मीथेन गैस है। वैज्ञानिक जीवाश्म ईंधन का उपयोग किए बिना इस ऊर्जा-वाहक तत्व को अलग करने के तरीके तलाश रहे हैं। उदाहरण के लिए, यह हाइड्रोजन-ईंधन वाली कारों के लिए मार्ग प्रशस्त करेगा, जो टेलपाइप पर केवल पानी और गर्म हवा उत्सर्जित करती हैं।

हाइड्रोजन बनाने के लिए बेहतर समाधान सतह पर बस झूठ हो सकता है

आर्गोन, आईएल | 9 अप्रैल, 2021 को पोस्ट किया गया

पानी, या H2O, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को जोड़ता है। आणविक हाइड्रोजन के रूप में हाइड्रोजन परमाणुओं को इस यौगिक से अलग किया जाना चाहिए। यह प्रक्रिया एक कुंजी पर निर्भर करती है - लेकिन अक्सर धीमी - चरण: ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (ओईआर)। ओईआर वह है जो पानी से आणविक ऑक्सीजन को मुक्त करता है, और इस प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना न केवल हाइड्रोजन उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि विभिन्न प्रकार की रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए भी महत्वपूर्ण है, जिनमें बैटरी में पाए जाने वाले भी शामिल हैं।

"ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया कई प्रक्रियाओं का एक हिस्सा है, इसलिए यहां प्रयोज्यता काफी व्यापक है।" - पिएत्रो पापा लोप्स, आर्गोन सहायक वैज्ञानिक

अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में किए गए एक अध्ययन में पेरोव्स्काइट ऑक्साइड में आकार बदलने वाली गुणवत्ता पर प्रकाश डाला गया है, जो ओईआर को तेज करने के लिए एक आशाजनक प्रकार की सामग्री है। पेरोव्स्काइट ऑक्साइड में कई प्रकार के यौगिक शामिल होते हैं जिनकी क्रिस्टलीय संरचना समान होती है। उनमें आम तौर पर ए-साइट में क्षारीय पृथ्वी धातु या लैंथेनाइड्स जैसे ला और एसआर होते हैं, और बी-साइट में सह जैसे एक संक्रमण धातु, सूत्र एबीओ 3 में ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होते हैं। यह शोध ऐसी अंतर्दृष्टि प्रदान करता है जिसका उपयोग न केवल नवीकरणीय ईंधन बनाने के लिए बल्कि ऊर्जा भंडारण के लिए भी नई सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए किया जा सकता है।

पेरोव्स्काइट ऑक्साइड ओईआर ला सकते हैं, और वे इरिडियम या रूथेनियम जैसी कीमती धातुओं की तुलना में कम महंगे हैं जो काम भी करते हैं। लेकिन पेरोव्स्काइट ऑक्साइड इन धातुओं की तरह सक्रिय (दूसरे शब्दों में, ओईआर को तेज करने में कुशल) नहीं हैं, और वे धीरे-धीरे नष्ट हो जाते हैं।

"यह समझना कि ये सामग्रियां कैसे सक्रिय और स्थिर हो सकती हैं, हमारे लिए एक बड़ी प्रेरक शक्ति थी," अध्ययन का नेतृत्व करने वाले आर्गन के सामग्री विज्ञान प्रभाग के सहायक वैज्ञानिक पिएत्रो पापा लोप्स ने कहा। "हम इन दोनों संपत्तियों के बीच संबंध का पता लगाना चाहते थे और यह कैसे पेरोव्स्काइट के गुणों से जुड़ता है।"

पिछले शोध ने पेरोव्स्काइट सामग्रियों के थोक गुणों पर ध्यान केंद्रित किया है और वे ओईआर गतिविधि से कैसे संबंधित हैं। हालाँकि, शोधकर्ताओं को आश्चर्य हुआ कि क्या कहानी में कुछ और भी है। आख़िरकार, किसी सामग्री की सतह, जहाँ वह अपने परिवेश के साथ प्रतिक्रिया करती है, बाकियों से बिल्कुल अलग हो सकती है। इस तरह के उदाहरण प्रकृति में हर जगह हैं: आधे एवोकाडो के बारे में सोचें जो हवा के संपर्क में आने पर जल्दी ही भूरा हो जाता है लेकिन अंदर से हरा रहता है। पेरोव्स्काइट सामग्रियों के लिए, एक सतह जो थोक से भिन्न हो जाती है, उसके लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हो सकते हैं कि हम उनके गुणों को कैसे समझते हैं।

जल इलेक्ट्रोलाइज़र सिस्टम में, जो पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करता है, पेरोव्स्काइट ऑक्साइड पानी और विशेष नमक प्रजातियों से बने इलेक्ट्रोलाइट के साथ बातचीत करते हैं, जिससे एक इंटरफ़ेस बनता है जो डिवाइस को संचालित करने की अनुमति देता है। जैसे ही विद्युत धारा लागू की जाती है, वह इंटरफ़ेस जल-विभाजन प्रक्रिया को शुरू करने में महत्वपूर्ण होता है। लोप्स ने कहा, "सामग्री की सतह इस बात का सबसे महत्वपूर्ण पहलू है कि ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया कैसे आगे बढ़ेगी: आपको कितने वोल्टेज की आवश्यकता है, और आप कितनी ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का उत्पादन करने जा रहे हैं।"

पेरोव्स्काइट ऑक्साइड की सतह न केवल बाकी सामग्री से अलग है, बल्कि समय के साथ बदलती भी है। लोप्स ने कहा, "एक बार जब यह इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणाली में होता है, तो पेरोव्स्काइट सतह विकसित होती है और एक पतली, अनाकार फिल्म में बदल जाती है।" "यह वास्तव में उस सामग्री के समान नहीं है जिसके साथ आप शुरू करते हैं।"

शोधकर्ताओं ने यह निर्धारित करने के लिए सैद्धांतिक गणना और प्रयोगों को संयोजित किया कि ओईआर के दौरान पेरोव्स्काइट सामग्री की सतह कैसे विकसित होती है। सटीकता के साथ ऐसा करने के लिए, उन्होंने लैंथेनम कोबाल्ट ऑक्साइड पेरोव्स्काइट का अध्ययन किया और इसे अधिक प्रतिक्रियाशील धातु स्ट्रोंटियम के साथ लैंथेनम को "डोपिंग" करके ट्यून किया। प्रारंभिक सामग्री में जितना अधिक स्ट्रोंटियम जोड़ा गया, उतनी ही तेजी से इसकी सतह विकसित हुई और ओईआर के लिए सक्रिय हो गई - एक प्रक्रिया जिसे शोधकर्ता ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ परमाणु रिज़ॉल्यूशन पर देखने में सक्षम थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि पेरोव्स्काइट से स्ट्रोंटियम विघटन और ऑक्सीजन की हानि इस अनाकार सतह परत के निर्माण को प्रेरित कर रही थी, जिसे विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा के डीओई कार्यालय, नैनोस्केल सामग्री केंद्र का उपयोग करके किए गए कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग द्वारा आगे समझाया गया था।

लोप्स ने कहा, "यह समझने के लिए आखिरी गायब टुकड़ा कि पेरोव्स्काइट ओईआर के प्रति सक्रिय क्यों थे, इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद लोहे की थोड़ी मात्रा की भूमिका का पता लगाना था।" शोधकर्ताओं के इसी समूह ने हाल ही में पता लगाया है कि लोहे के अंश अन्य अनाकार ऑक्साइड सतहों पर ओईआर में सुधार कर सकते हैं। एक बार जब उन्होंने निर्धारित किया कि एक पेरोव्स्काइट सतह एक अनाकार ऑक्साइड में विकसित होती है, तो यह स्पष्ट हो गया कि लोहा इतना महत्वपूर्ण क्यों था।

"कम्प्यूटेशनल अध्ययन वैज्ञानिकों को प्रतिक्रिया तंत्र को समझने में मदद करते हैं जिसमें पेरोव्स्काइट सतह और इलेक्ट्रोलाइट दोनों शामिल होते हैं," आर्गन के भौतिक विज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक पीटर जैपोल ने कहा। “हमने प्रतिक्रिया तंत्र पर ध्यान केंद्रित किया जो पेरोव्स्काइट सामग्रियों में गतिविधि और स्थिरता दोनों प्रवृत्तियों को संचालित करता है। यह आमतौर पर कम्प्यूटेशनल अध्ययनों में नहीं किया जाता है, जो केवल गतिविधि के लिए जिम्मेदार प्रतिक्रिया तंत्र पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

अध्ययन में पाया गया कि पेरोव्स्काइट ऑक्साइड की सतह केवल कुछ नैनोमीटर मोटी कोबाल्ट-समृद्ध अनाकार फिल्म में विकसित हुई। जब इलेक्ट्रोलाइट में लोहा मौजूद था, तो लोहे ने ओईआर को तेज करने में मदद की, जबकि कोबाल्ट-समृद्ध फिल्म ने लोहे पर स्थिर प्रभाव डाला, जिससे यह सतह पर सक्रिय रहा।

परिणाम पेरोव्स्काइट सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए नई संभावित रणनीतियों का सुझाव देते हैं - कोई दो-परत प्रणाली बनाने की कल्पना कर सकता है, लोप्स ने कहा, जो और भी अधिक स्थिर है और ओईआर को बढ़ावा देने में सक्षम है।

लोप्स ने कहा, "ओईआर कई प्रक्रियाओं का हिस्सा है, इसलिए यहां प्रयोज्यता काफी व्यापक है।" "सामग्रियों की गतिशीलता और सतह प्रक्रियाओं पर उनके प्रभाव को समझने से हम ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण प्रणालियों को बेहतर, अधिक कुशल और किफायती बना सकते हैं।"

# # #

अध्ययन का वर्णन अमेरिकन केमिकल सोसाइटी के जर्नल के 24 फरवरी के कवर पर प्रकाशित और हाइलाइट किए गए एक पेपर में किया गया है, "ऑक्सीजन इवोल्यूशन के दौरान पेरोव्स्काइट सामग्रियों के सतही विकास से गतिशील रूप से स्थिर सक्रिय साइटें।" लोपेज़ और ज़ापोल के अलावा, सह-लेखकों में डोंग यंग चुंग, होंग झेंग, पेड्रो फ़रिनाज़ो बर्गमो डायस मार्टिंस, डुसन स्ट्रेम्निक, वोजिस्लाव स्टैमेनकोविक, नेनाद मार्कोविक और आर्गोन में जॉन मिशेल शामिल हैं; शिकागो में इलिनोइस विश्वविद्यालय में ज़ू रुई और रॉबर्ट क्ली; और वलपरिसो विश्वविद्यालय में हेयिंग हे। इस शोध को डीओई के बेसिक एनर्जी साइंसेज कार्यालय द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

####

Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला के बारे में
Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला विज्ञान और प्रौद्योगिकी में राष्ट्रीय समस्याओं को दबाने के लिए समाधान चाहती है। देश की पहली राष्ट्रीय प्रयोगशाला, Argonne लगभग हर वैज्ञानिक विषय में अग्रणी बुनियादी और अनुप्रयुक्त वैज्ञानिक अनुसंधान करती है। Argonne शोधकर्ता सैकड़ों कंपनियों, विश्वविद्यालयों और संघीय, राज्य और नगरपालिका एजेंसियों के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर काम करते हैं ताकि उन्हें उनकी विशिष्ट समस्याओं को हल करने में मदद मिल सके, अमेरिका के वैज्ञानिक नेतृत्व को आगे बढ़ाया जा सके और देश को बेहतर भविष्य के लिए तैयार किया जा सके। 60 से अधिक देशों के कर्मचारियों के साथ, Argonne का प्रबंधन UChicago Argonne, LLC द्वारा अमेरिकी ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय के लिए किया जाता है।

Argonne के Nanoscale सामग्री केंद्र के बारे में

नैनोस्केल सामग्री केंद्र पांच डीओई नैनोस्केल विज्ञान अनुसंधान केंद्रों में से एक है, जो डीओई विज्ञान कार्यालय द्वारा समर्थित नैनोस्केल पर अंतःविषय अनुसंधान के लिए प्रमुख राष्ट्रीय उपयोगकर्ता सुविधाएं हैं। एनएसआरसी में पूरक सुविधाओं का एक समूह शामिल है जो शोधकर्ताओं को नैनोस्केल सामग्री के निर्माण, प्रसंस्करण, लक्षण वर्णन और मॉडल करने के लिए अत्याधुनिक क्षमताएं प्रदान करता है, और राष्ट्रीय नैनो प्रौद्योगिकी पहल के सबसे बड़े बुनियादी ढांचे के निवेश का गठन करता है। एनएसआरसी डीओई के आर्गोन, ब्रुकहेवन, लॉरेंस बर्कले, ओक रिज, सैंडिया और लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरीज में स्थित हैं। डीओई एनएसआरसी के बारे में अधिक जानकारी के लिए कृपया देखें https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.

अमेरिकी ऊर्जा विभाग का विज्ञान कार्यालय संयुक्त राज्य अमेरिका में भौतिक विज्ञान में बुनियादी अनुसंधान का सबसे बड़ा समर्थक है और हमारे समय की कुछ सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों का समाधान करने के लिए काम कर रहा है। ज्यादा जानकारी के लिये पधारें https://energy.gov/science .

अधिक जानकारी के लिए, कृपया क्लिक करें यहाँ उत्पन्न करें

संपर्क:
डायना एंडरसन
630-252-4593

@आर्गोन

कॉपीराइट © Argonne राष्ट्रीय प्रयोगशाला

अगर आपके पास कोई टिप्पणी है, तो कृपया Contact हमें.

न्यूज़ रिलीज़ के जारीकर्ता, न कि 7 वेव, इंक। या नैनो टेक्नोलॉजी नाउ, सामग्री की सटीकता के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार हैं।

बुकमार्क: