ہائیڈروجن بنانے کے لیے بہتر حل صرف سطح پر پڑ سکتے ہیں۔

ماخذ نوڈ: 806203

ہوم پیج (-) > پریس > Better solutions for making hydrogen may lie just at the surface

The unique interactions between perovskite oxide, its changing surface layer, and iron species that are active toward the OER paves a new path for the design of active and stable materials, bringing us one step closer to efficient and affordable green hydrogen production. CREDIT Argonne National Laboratory
The unique interactions between perovskite oxide, its changing surface layer, and iron species that are active toward the OER paves a new path for the design of active and stable materials, bringing us one step closer to efficient and affordable green hydrogen production. CREDIT Argonne National Laboratory

خلاصہ:
A clean energy future propelled by hydrogen fuel depends on figuring out how to reliably and efficiently split water. That’s because, even though hydrogen is abundant, it must be derived from another substance that contains it — and today, that substance is often methane gas. Scientists are seeking ways to isolate this energy-carrying element without using fossil fuels. That would pave the way for hydrogen-fueled cars, for example, that emit only water and warm air at the tailpipe.

ہائیڈروجن بنانے کے لیے بہتر حل صرف سطح پر پڑ سکتے ہیں۔


Argonne, IL | Posted on April 9th, 2021

Water, or H2O, unites hydrogen and oxygen. Hydrogen atoms in the form of molecular hydrogen must be separated out from this compound. That process depends on a key — but often slow — step: the oxygen evolution reaction (OER). The OER is what frees up molecular oxygen from water, and controlling this reaction is important not only to hydrogen production but a variety of chemical processes, including ones found in batteries.

“The oxygen evolution reaction is a part of so many processes, so the applicability here is quite broad.” — Pietro Papa Lopes, Argonne assistant scientist

A study led by scientists at the U.S. Department of Energy’s (DOE) Argonne National Laboratory illuminates a shape-shifting quality in perovskite oxides, a promising type of material for speeding up the OER. Perovskite oxides encompass a range of compounds that all have a similar crystalline structure. They typically contain an alkaline earth metal or lanthanides such as La and Sr in the A-site, and a transition metal such as Co in the B-site, combined with oxygen in the formula ABO3. The research lends insight that could be used to design new materials not only for making renewable fuels but also storing energy.

Perovskite oxides can bring about the OER, and they are less expensive than precious metals such as iridium or ruthenium that also do the job. But perovskite oxides are not as active (in other words, efficient at accelerating the OER) as these metals, and they tend to slowly degrade.

“Understanding how these materials can be active and stable was a big driving force for us,” said Pietro Papa Lopes, an assistant scientist in Argonne’s Materials Science division who led the study. “We wanted to explore the relationship between these two properties and how that connects to the properties of the perovskite itself.”

Previous research has focused on the bulk properties of perovskite materials and how those relate to the OER activity. The researchers wondered, however, whether there was more to the story. After all, the surface of a material, where it reacts with its surroundings, can be completely different from the rest. Examples like this are everywhere in nature: think of a halved avocado that quickly browns where it meets the air but remains green inside. For perovskite materials, a surface that becomes different from the bulk could have important implications for how we understand their properties.

In water electrolyzer systems, which split water into hydrogen and oxygen, perovskite oxides interact with an electrolyte made of water and special salt species, creating an interface that allows the device to operate. As electrical current is applied, that interface is critical in kicking off the water-splitting process. “The material’s surface is the most important aspect of how the oxygen evolution reaction will proceed: How much voltage you need, and how much oxygen and hydrogen you’re going to be producing,” Lopes said.

Not only is the perovskite oxide’s surface different from the rest of the material, it also changes over time. “Once it’s in an electrochemical system, the perovskite surface evolves and turns into a thin, amorphous film,” Lopes said. “It’s never really the same as the material you start with.”

The researchers combined theoretical calculations and experiments to determine how the surface of a perovskite material evolves during the OER. To do so with precision, they studied lanthanum cobalt oxide perovskite and tuned it by “doping” the lanthanum with strontium, a more reactive metal. The more strontium was added to the initial material, the faster its surface evolved and became active for the OER — a process the researchers were able to observe at atomic resolution with transmission electron microscopy. The researchers found that strontium dissolution and oxygen loss from the perovskite were driving the formation of this amorphous surface layer, which was further explained by computational modelling performed using the Center for Nanoscale Materials, a DOE Office of Science User Facility.

“The last missing piece to understand why the perovskites were active towards the OER was to explore the role of small amounts of iron present in the electrolyte,” Lopes said. The same group of researchers recently discovered that traces of iron can improve the OER on other amorphous oxide surfaces. Once they determined that a perovskite surface evolves into an amorphous oxide, then it became clear why iron was so important.

“Computational studies help scientists understand reaction mechanisms that involve both the perovskite surface and the electrolyte,” said Peter Zapol, a physicist at Argonne and study co-author. “We focused on reaction mechanisms that drive both activity and stability trends in perovskite materials. This is not typically done in computational studies, which tend to focus solely on the reaction mechanisms responsible for the activity.”

The study found that the perovskite oxide’s surface evolved into a cobalt-rich amorphous film just a few nanometers thick. When iron was present in the electrolyte, the iron helped accelerate the OER, while the cobalt-rich film had a stabilizing effect on the iron, keeping it active at the surface.

The results suggest new potential strategies for designing perovskite materials — one can imagine creating a two-layer system, Lopes said, that is even more stable and capable of promoting the OER.

“The OER is a part of so many processes, so the applicability here is quite broad,” Lopes said. “Understanding the dynamics of materials and their effect on the surface processes is how we can make energy conversion and storage systems better, more efficient and affordable.”

# # # # # # #

The study is described in a paper published and highlighted on the Feb. 24 cover of the Journal of the American Chemical Society, “Dynamically Stable Active Sites from Surface Evolution of Perovskite Materials during the Oxygen Evolution.” In addition to Lopes and Zapol, coauthors include Dong Young Chung, Hong Zheng, Pedro Farinazzo Bergamo Dias Martins, Dusan Strmcnik, Vojislav Stamenkovic, Nenad Markovic and John Mitchell at Argonne; Xue Rui and Robert Klie at the University of Illinois at Chicago; and Haiying He at Valparaiso University. This research was funded by DOE’s Office of Basic Energy Sciences.

####

Argonne نیشنل لیبارٹری کے بارے میں
ارگون نیشنل لیبارٹری سائنس اور ٹیکنالوجی میں قومی مسائل کو دبانے کے لیے حل تلاش کرتی ہے۔ ملک کی پہلی قومی تجربہ گاہ، Argonne عملی طور پر ہر سائنسی شعبے میں سرکردہ بنیادی اور لاگو سائنسی تحقیق کرتی ہے۔ Argonne محققین سینکڑوں کمپنیوں، یونیورسٹیوں، اور وفاقی، ریاستی اور میونسپل ایجنسیوں کے محققین کے ساتھ مل کر کام کرتے ہیں تاکہ ان کے مخصوص مسائل کو حل کرنے، امریکہ کی سائنسی قیادت کو آگے بڑھانے اور قوم کو بہتر مستقبل کے لیے تیار کرنے میں ان کی مدد کریں۔ 60 سے زیادہ ممالک کے ملازمین کے ساتھ، Argonne کا انتظام UChicago Argonne, LLC کے ذریعے یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کے آفس آف سائنس کے لیے کیا جاتا ہے۔

ارگون کے مرکز برائے نانوسکل مواد کے بارے میں۔

The Center for Nanoscale Materials is one of the five DOE Nanoscale Science Research Centers, premier national user facilities for interdisciplinary research at the nanoscale supported by the DOE Office of Science. Together the NSRCs comprise a suite of complementary facilities that provide researchers with state-of-the-art capabilities to fabricate, process, characterize and model nanoscale materials, and constitute the largest infrastructure investment of the National Nanotechnology Initiative. The NSRCs are located at DOE’s Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia and Los Alamos National Laboratories. For more information about the DOE NSRCs, please visit https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.

یو ایس ڈپارٹمنٹ آف انرجی کا آفس آف سائنس ریاستہائے متحدہ میں فزیکل سائنسز میں بنیادی تحقیق کا واحد سب سے بڑا حامی ہے اور ہمارے وقت کے کچھ انتہائی اہم چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے کام کر رہا ہے۔ مزید معلومات کے لیے ملاحظہ کریں۔ https://energy.gov/science .

مزید معلومات کے لئے، براہ مہربانی کلک کریں یہاں

رابطے:
ڈیانا اینڈرسن
630-252-4593

@argonne

کاپی رائٹ © Argonne نیشنل لیبارٹری

اگر آپ کے پاس کوئی تبصرہ ہے، تو براہ مہربانی رابطہ کریں ہم سے.

خبروں کی ریلیز جاری کرنے والے، نہ کہ 7th Wave, Inc. یا Nanotechnology Now، مواد کی درستگی کے لیے مکمل طور پر ذمہ دار ہیں۔

بک مارک:
مزیدار ہے Digg Newsvine گوگل یاہو اٹ میگنولیاکوم بھڑکنا فیس بک

متعلقہ لنکس

متعلقہ جرنل آرٹیکل:

متعلقہ خبریں پریس

خبریں اور معلومات۔

اینٹی باڈی بائنڈنگ سائٹ COVID-19 وائرس کی مختلف حالتوں میں محفوظ ہے: ساختی انکشاف کے تمام SARS-CoV-2 مختلف حالتوں میں علاج کے ہدف کے طور پر مضمرات ہوسکتے ہیں اپریل 9th، 2021

دریافت الیکٹرانک آلات کی عمر کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے: تحقیق الیکٹرانکس کو بہتر برداشت کے ساتھ ڈیزائن کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

گرافین: سب کچھ کنٹرول میں: ریسرچ ٹیم کوانٹم مواد کے لیے کنٹرول میکانزم کا مظاہرہ کرتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے ڈی این اے ڈھانچے میں توانائی کی ترسیل اپریل 9th، 2021

لیبارٹریز

ڈیزائن زیادہ دیرپا، زیادہ طاقتور لتیم بیٹریوں کو قابل بنا سکتا ہے: نوول الیکٹرولائٹ کا استعمال جدید دھاتی الیکٹروڈز اور زیادہ وولٹیجز، صلاحیت اور سائیکل کی زندگی کو بڑھا سکتا ہے۔ مارچ 26th، 2021

ترقی نانوزائزڈ، فولڈ ایبل روبوٹ بناتی ہے۔ مارچ 19th، 2021

ڈی این اے کے ساتھ سخت 3D نینو میٹریل بنانا: کولمبیا کے انجینئرز انتہائی لچکدار مصنوعی نینو پارٹیکل پر مبنی مواد بنانے کے لیے ڈی این اے نینو ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہیں جن پر روایتی نینو فیبریکیشن طریقوں سے عمل کیا جا سکتا ہے۔ مارچ 19th، 2021

نانوسکل سائنس کے لیے ایک کاسمک نقطہ نظر: برکلے لیب کے ایڈوانسڈ لائٹ سورس کا آلہ نینو میٹریلز کی عالمی سطح پر ریزولوشن حاصل کرتا ہے۔ مارچ 5th، 2021

حکومت- قانون سازی/ ضابطہ/ فنڈنگ/ پالیسی

اینٹی باڈی بائنڈنگ سائٹ COVID-19 وائرس کی مختلف حالتوں میں محفوظ ہے: ساختی انکشاف کے تمام SARS-CoV-2 مختلف حالتوں میں علاج کے ہدف کے طور پر مضمرات ہوسکتے ہیں اپریل 9th، 2021

3D ڈیزائن پہلی مستحکم اور مضبوط خود کو جمع کرنے والی 1D نینوگرافین تاروں کی طرف لے جاتا ہے اپریل 6th، 2021

سوراخوں پر مشتمل کیوبٹس تیز، بڑے کوانٹم کمپیوٹر بنانے کی چال ہو سکتی ہیں: الیکٹران ہولز آپریشنل رفتار/ہم آہنگی کی تجارت کا حل ہو سکتے ہیں۔ اپریل 2nd، 2021

پلازمون کے ساتھ مل کر سونے کے نینو پارٹیکلز تھرمل ہسٹری سینسنگ کے لیے مفید ہیں۔ اپریل 1st، 2021

ممکنہ مستقبل

اینٹی باڈی بائنڈنگ سائٹ COVID-19 وائرس کی مختلف حالتوں میں محفوظ ہے: ساختی انکشاف کے تمام SARS-CoV-2 مختلف حالتوں میں علاج کے ہدف کے طور پر مضمرات ہوسکتے ہیں اپریل 9th، 2021

دریافت الیکٹرانک آلات کی عمر کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے: تحقیق الیکٹرانکس کو بہتر برداشت کے ساتھ ڈیزائن کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

گرافین: سب کچھ کنٹرول میں: ریسرچ ٹیم کوانٹم مواد کے لیے کنٹرول میکانزم کا مظاہرہ کرتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے ڈی این اے ڈھانچے میں توانائی کی ترسیل اپریل 9th، 2021

دریافتیں

اینٹی باڈی بائنڈنگ سائٹ COVID-19 وائرس کی مختلف حالتوں میں محفوظ ہے: ساختی انکشاف کے تمام SARS-CoV-2 مختلف حالتوں میں علاج کے ہدف کے طور پر مضمرات ہوسکتے ہیں اپریل 9th، 2021

دریافت الیکٹرانک آلات کی عمر کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے: تحقیق الیکٹرانکس کو بہتر برداشت کے ساتھ ڈیزائن کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

گرافین: سب کچھ کنٹرول میں: ریسرچ ٹیم کوانٹم مواد کے لیے کنٹرول میکانزم کا مظاہرہ کرتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے ڈی این اے ڈھانچے میں توانائی کی ترسیل اپریل 9th، 2021

اعلانات

دریافت الیکٹرانک آلات کی عمر کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے: تحقیق الیکٹرانکس کو بہتر برداشت کے ساتھ ڈیزائن کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

گرافین: سب کچھ کنٹرول میں: ریسرچ ٹیم کوانٹم مواد کے لیے کنٹرول میکانزم کا مظاہرہ کرتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے ڈی این اے ڈھانچے میں توانائی کی ترسیل اپریل 9th، 2021

دماغی بیماریوں کے لیے ایک نیا ایجنٹ: mRNA اپریل 9th، 2021

انٹرویوز/کتابوں کے جائزے/مضمون/رپورٹس/پوڈکاسٹ/جرائد/سفید کاغذات/پوسٹر

اینٹی باڈی بائنڈنگ سائٹ COVID-19 وائرس کی مختلف حالتوں میں محفوظ ہے: ساختی انکشاف کے تمام SARS-CoV-2 مختلف حالتوں میں علاج کے ہدف کے طور پر مضمرات ہوسکتے ہیں اپریل 9th، 2021

دریافت الیکٹرانک آلات کی عمر کو بڑھانے میں مدد کر سکتی ہے: تحقیق الیکٹرانکس کو بہتر برداشت کے ساتھ ڈیزائن کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

گرافین: سب کچھ کنٹرول میں: ریسرچ ٹیم کوانٹم مواد کے لیے کنٹرول میکانزم کا مظاہرہ کرتی ہے۔ اپریل 9th، 2021

سونے کے نینو پارٹیکلز کے ذریعے ڈی این اے ڈھانچے میں توانائی کی ترسیل اپریل 9th، 2021

توانائی

پیرووسکائٹ شمسی خلیوں میں اناج کی حدود سے سوراخ کے دھارے چلانے کے لیے 2D مواد اپریل 2nd، 2021

PTV پر مبنی پولیمر نے 16 فیصد سے زیادہ کارکردگی کے ساتھ نامیاتی شمسی خلیوں کو فعال کیا۔ اپریل 2nd، 2021

اعلی کارکردگی پیرووسکائٹ شمسی خلیوں کے لئے ایک عمومی نقطہ نظر اپریل 1st، 2021

الیکٹروڈز پر بلبلے کی تشکیل کو کنٹرول کرنا: مطالعہ سے پتہ چلتا ہے کہ غیر محفوظ الیکٹروڈ سطحوں کی گیلا پن پانی کو تقسیم کرنے یا کاربن کیپچرنگ سسٹم بنانے کی کلید ہے۔ مارچ 26th، 2021

ماخذ: http://www.nanotech-now.com/news.cgi?story_id=56642

ٹائم اسٹیمپ:

سے زیادہ نینو ٹیکنالوجی اب