Na novo razvit hidrogelni nanokompozit za množično proizvodnjo vodika

27. april 2023 (Nanowerk novice) Raziskovalna skupina, ki jo vodi prof. HYEON Taeghwan v Centru za raziskave nanodelcev v okviru Inštituta za osnovno znanost (IBS) v Seulu v Južni Koreji, je razvila novo fotokatalitično platformo za množično proizvodnjo vodika. Študija skupine o fotokatalitični platformi je vodila do razvoja plavajoče fotokatalitske matrike, ki omogoča učinkovito reakcijo razvijanja vodika z jasnimi prednostmi pred običajnimi platformami za proizvodnjo vodika, kot so filmi ali plošče. Raziskava je bila objavljena v Naravna nanotehnologija (“Floatable photocatalytic hydrogel nanocomposites for large-scale solar hydrogen production”). A. Plavajoče fotokatalitske platforme so sestavljene iz dvoslojnih struktur, fotokatalitske plasti in podporne plasti. B. Porozna struktura ploščadi. C. Porozna struktura ploščadi omogoča plavanje. (Slika: Institute for Basic Science) Pomen alternativne energije se je v zadnjem času povečal zaradi globalnih izzivov, kot so onesnaževanje okolja in podnebne spremembe. Med številnimi kandidati za alternativne vire energije je vodikova energija, pridobljena s fotokatalizo, posebej izpostavljena zaradi trajnostne proizvodnje zelene energije. V skladu s tem je bilo opravljenih veliko raziskav in razvoja za izboljšanje intrinzične reakcijske učinkovitosti fotokatalizatorjev. Vendar pa raziskave o obliki fotokatalitskih sistemov, ki so ključne za njihovo praktično uporabo in komercializacijo, še niso bile aktivno raziskane. Običajno sedanji sistemi fiksirajo katalizator v prahu ali nanodelce na različne površine, kot so plošče v obliki plošč z delci, v obliki filma in ploščate plošče, ki so potopljene pod vodo. Soočajo se tudi s praktičnimi težavami, kot so izpiranje katalizatorjev, slab prenos mase in povratne reakcije. Zahtevajo tudi dodatne naprave za ločevanje in zbiranje ustvarjenega vodika iz vode, kar dodatno zakomplicira napravo in poveča stroške. Ekipa Centra za raziskave nanodelcev znotraj IBS, ki jo vodi prof. Hyeon, je oblikovala novo vrsto fotokatalitske platforme, ki lebdi na vodi za učinkovito proizvodnjo vodika. Ta nova platforma ima dvoslojno strukturo, ki je sestavljena iz zgornje fotokatalitske plasti in spodnje podporne plasti (slika 1A). Oba sloja sta sestavljena iz poroznega strukturnega polimera, ki daje platformi visoko površinsko napetost (slika 1B). Poleg tega je platforma izdelana v obliki krio aerogela, trdne snovi, napolnjene s plinom, ki ima nizko gostoto. Kot rezultat, ta elastomer-hidrogel z vgrajenimi fotokatalizatorji lahko lebdi na vodi (slika 1C). Ta platforma ima jasne prednosti pri fotokatalitski reakciji razvijanja vodika: prvič, prepreči se slabljenje svetlobe z vodo, kar ima za posledico učinkovito pretvorbo sončne energije. Drugič, produkt, vodikov plin, je mogoče zlahka razpršiti v zrak, s čimer se izognemo reakcijam povratne oksidacije in ohranimo visok izkoristek reakcije. Tretjič, vodo je zaradi njene poroznosti mogoče zlahka dovajati v katalizatorje, ki se nahajajo znotraj matrike elastomer-hidrogel. Nazadnje so katalizatorji stabilno imobilizirani znotraj matrice za dolgoročno delovanje brez težav z izpiranjem. Raziskovalci so eksperimentalno dokazali boljše delovanje plavajoče ploščadi pri razvijanju vodika v primerjavi s konvencionalno potopljeno ploščadjo. Poleg tega je bila razširljivost platforme, ki je bistvena za potencialno industrializacijo, dokazana tudi pod naravno sončno svetlobo. Potrjeno je bilo, da lahko plavajoča fotokatalitska platforma proizvede približno 80 ml vodika z uporabo bakrovih enojnih atomov in titanovih katalizatorjev s površino 1 m2. Tudi po 2 tednih delovanja v morski vodi, ki je vsebovala različne mikroorganizme in plavajoče snovi, zmogljivost platforme pri razvoju vodika ni bila ogrožena. Prof. Kim pravi: »Predlagana platforma lahko celo proizvaja vodik iz raztopin, ki raztopijo gospodinjske odpadke, kot so plastenke iz polietilen tereftalata. Posledično je platforma lahko rešitev za recikliranje odpadkov, ki prispeva k okolju prijazni družbi.” Predvsem ta študija predstavlja splošno platformo za učinkovito fotokatalizo, ki ni omejena samo na proizvodnjo vodika. Možno je zamenjati katalitično komponento za različne želene uporabe, ne da bi spremenili lastnosti materiala plavajočega aerogela celotne platforme. To zagotavlja široko uporabnost platforme za druge fotokatalitske reakcije, kot so reakcija sproščanja kisika, proizvodnja vodikovega peroksida in nastajanje različnih organskih spojin. »Ta študija prinaša velik napredek na področju fotokatalize in prikazuje potencial proizvodnje zelenega vodika na morju z zmogljivostjo svetovnega razreda. Izrazite značilnosti materiala, visoka zmogljivost in široka uporabnost na področju fotokatalize naše platforme bodo nedvomno odprle novo poglavje v alternativni energiji,« je pripomnil prof. Hyeon.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php