Nyutviklet hydrogel nanokompositt for masseproduksjon av hydrogen

27. april 2023 (Nanowerk Nyheter) Et forskerteam ledet av prof. HYEON Taeghwan ved Senter for nanopartikkelforskning ved Institute for Basic Science (IBS) i Seoul, Sør-Korea har utviklet en ny fotokatalytisk plattform for masseproduksjon av hydrogen. Gruppens studie på den fotokatalytiske plattformen førte til utviklingen av en flytbar fotokatalytisk matrise, som muliggjør effektiv hydrogenutviklingsreaksjon med klare fordeler i forhold til konvensjonelle hydrogenproduksjonsplattformer som film- eller paneltyper. Forskningen er publisert i Natur Nanoteknologi ("Flytbare fotokatalytiske hydrogel nanokompositter for storskala solenergiproduksjon"). A. Flytbare fotokatalytiske plattformer er sammensatt av tolagsstrukturer, et fotokatalytisk lag og et støttelag. B. Plattformens porøse struktur. C. Den porøse strukturen til plattformen har flytbarhet. (Bilde: Institute for Basic Science) Betydningen av alternativ energi har nylig økt på grunn av globale utfordringer som miljøforurensning og klimaendringer. Blant flere kandidater for alternative energikilder, er hydrogenenergi høstet ved fotokatalyse spesielt fremhevet for sin bærekraftige grønne energiproduksjon. Følgelig har mye forskning og utvikling blitt gjort for å forbedre den iboende reaksjonseffektiviteten til fotokatalysatorer. Imidlertid har forskning på formfaktoren til fotokatalytiske systemer, som er avgjørende for deres praktiske anvendelse og kommersialisering, ennå ikke blitt aktivt utforsket. Vanligvis fikserer nåværende systemer katalysatorpulver eller nanopartikler på forskjellige overflater, for eksempel plattformer av partikkeltype, filmtype og flatpaneler, som er nedsenket under vann. De møter også praktiske problemer som utvasking av katalysatorer, dårlig masseoverføring og omvendte reaksjoner. De krever også ytterligere enheter for å separere og samle det genererte hydrogenet fra vann, noe som øker kompleksiteten til enheten og øker kostnadene. Teamet ved Senter for nanopartikkelforskning innen IBS, ledet av prof. Hyeon, designet en ny type fotokatalytisk plattform som flyter på vannet for effektiv hydrogenproduksjon. Denne nye plattformen har en tolagsstruktur, som består av et øvre fotokatalytisk lag og et nedre støttelag (Figur 1A). Begge lagene er sammensatt av en porøs strukturell polymer som gir høy overflatespenning til plattformen (figur 1B). I tillegg er plattformen laget i form av cryo aerogel, et fast stoff fylt med gass inni, med lav tetthet. Som et resultat vil denne elastomer-hydrogel innebygd med fotokatalysatorer kan flyte på vann (figur 1C). Denne plattformen viser klare fordeler i den fotokatalytiske hydrogenutviklingsreaksjonen: For det første forhindres lysdemping av vann, noe som resulterer i effektiv solenergikonvertering. For det andre kan produktet, hydrogengass, lett diffunderes ut i luften, og unngår omvendte oksidasjonsreaksjoner og opprettholder høyt reaksjonsutbytte. For det tredje kan vannet lett tilføres til katalysatorene som befinner seg inne i elastomer-hydrogelmatrisen på grunn av dens porøsitet. Til slutt er katalysatorer stabilt immobilisert inne i matrisen for langsiktig drift uten utlekkingsproblemer. Forskerne beviste eksperimentelt den overlegne ytelsen til hydrogenutviklingen til den flytende plattformen, sammenlignet med den til den konvensjonelle nedsenkede plattformen. Videre ble skalerbarheten til plattformen, som er avgjørende for potensiell industrialisering, også demonstrert under naturlig sollys. Det ble bekreftet at omtrent 80 mL hydrogen kan produseres av den flytbare fotokatalytiske plattformen ved bruk av enkeltatomer av kobber og titanoksidkatalysatorer med et areal på 1 m2. Selv etter 2 ukers drift i sjøvann som inneholder ulike mikroorganismer og flytende stoffer, ble ikke hydrogenutviklingsytelsen til plattformen kompromittert. Prof. Kim uttaler: «Den foreslåtte plattformen kan til og med produsere hydrogen fra løsninger som løser opp husholdningsavfall, for eksempel polyetylentereftalatflasker. Følgelig kan plattformen være en løsning for resirkulering av avfall, noe som bidrar til et miljøvennlig samfunn. Spesielt presenterer denne studien en generalisert plattform for effektiv fotokatalyse som ikke bare er begrenset til hydrogenproduksjon. Det er mulig å erstatte den katalytiske komponenten for forskjellige ønskede bruksområder, uten å endre egenskapene til flytende aerogelmateriale til den totale plattformen. Dette garanterer den brede anvendeligheten av plattformen til andre fotokatalytiske reaksjoner, slik som oksygenutviklingsreaksjon, hydrogenperoksidproduksjon og generering av forskjellige organiske forbindelser. "Denne studien gjør store fremskritt innen fotokatalyse og viser potensialet til grønn hydrogenproduksjon til sjøs med ytelse i verdensklasse. De særegne materielle egenskapene, høy ytelse og brede anvendelighet innen fotokatalyse av plattformen vår vil utvilsomt åpne et nytt kapittel innen alternativ energi,” sa Prof. Hyeon.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php