दो एक से बेहतर हैं: हरे हाइड्रोजन उत्पादन के लिए सिंगल-एटम डिमर इलेक्ट्रोकैटलिस्ट … currenthindi

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दो एक से बेहतर हैं: हरे हाइड्रोजन उत्पादन के लिए सिंगल-एटम डिमर इलेक्ट्रोकैटलिस्ट …

a) निकेल सिंगल-एटम, b) कोबाल्ट सिंगल-एटम, c) निकेल-कोबाल्ट सिंगल-एटम डिमर (NiCO-SAD-NC), और d) विषम नैनोपार्टिकल उत्प्रेरक के निकेल-कोबाल्ट प्रतिनिधित्व मॉडल। श्रेय: बुनियादी विज्ञान संस्थान (विलियम आई. सुह)

जीवाश्म ईंधन के सीमित भंडार और जलवायु परिवर्तन के लगातार बढ़ते जोखिमों ने शोधकर्ताओं को पर्यावरण के अनुकूल ईंधन के उत्पादन के लिए वैकल्पिक तकनीकों को विकसित करने के लिए प्रोत्साहित किया है। अक्षय बिजली का उपयोग करके पानी के इलेक्ट्रोलिसिस से उत्पन्न ग्रीन हाइड्रोजन को भविष्य के लिए अक्षय ऊर्जा स्रोत की एक नई पीढ़ी माना जाता है। लेकिन वास्तव में, इलेक्ट्रोलिसिस की उच्च लागत के कारण, हाइड्रोजन ईंधन का एक बड़ा हिस्सा जीवाश्म ईंधन के शोधन से प्राप्त होता है।


वर्तमान में, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की दक्षता सीमित है और हाइड्रोजन विकासवादी प्रतिक्रियाओं के लिए कुशल इलेक्ट्रोकैटलिस्ट्स की कमी के कारण अक्सर उच्च सेल वोल्टेज की आवश्यकता होती है। प्लेटिनम (Pt) जैसी महान धातुओं का उपयोग अम्लीय/क्षारीय दोनों माध्यमों में हाइड्रोजन उत्पादन में सुधार के लिए उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। हालांकि, यह महान धातु उत्प्रेरक बहुत महंगा है और दीर्घकालिक संचालन के तहत खराब स्थिरता दिखाता है।

एकल-आणविक उत्प्रेरक के अपने नैनोमटेरियल-आधारित समकक्षों पर लाभ होता है, जो 100 प्रतिशत आणविक उपयोग प्राप्त करता है, जबकि नैनोकण केवल सतह प्रतिक्रिया के लिए उपलब्ध होते हैं। हालांकि, एकल-धातु-परमाणु केंद्र की सादगी के कारण, जटिल बहु-चरणीय प्रतिक्रियाओं को करने के लिए उत्प्रेरक को और संशोधित करना मुश्किल है।

एकल परमाणुओं को संशोधित करने का सबसे आसान तरीका उन्हें एकल-परमाणु डिमर में परिवर्तित करना है, जो दो अलग-अलग एकल परमाणुओं को एक साथ जोड़ते हैं। डिमर्स के साथ एकल-परमाणु उत्प्रेरक की सक्रिय साइट को ट्यून करने से दो अलग-अलग अणुओं के बीच सहक्रियात्मक प्रभाव के कारण प्रतिक्रिया कैनेटीक्स में सुधार हो सकता है। हालाँकि, जब एकल-परमाणु डिमर संरचना के संश्लेषण और पहचान को वैचारिक रूप से जाना जाता है, तो इसकी व्यावहारिक प्राप्ति बहुत कठिन होती है।

सुंगकुनक्वान विश्वविद्यालय में बुनियादी विज्ञान संस्थान (आईबीएस) के भीतर एकीकृत नैनोस्ट्रक्चर भौतिकी केंद्र के सहयोगी निदेशक एलईई ह्यूंग के नेतृत्व में एक शोध दल ने समस्या का समाधान किया था। IBS अनुसंधान दल ने NiCo-SAD-NC नामक नाइट्रोजन-डॉप्ड कार्बन समर्थन पर स्थिर आणविक रूप से छितरी हुई Ni-Co dimmer संरचना को सफलतापूर्वक विकसित किया।

“हमने पॉलीडोपामाइन क्षेत्रों में नी / सह आयनों के इन-सीटू ट्रैपिंग द्वारा नाइट्रोजन (एन) -डॉप्ड कार्बन समर्थन पर नी-को सिंगल एटम डिमर संरचना को संश्लेषित किया, इसके बाद सटीक नियंत्रित एन-संश्लेषण के साथ पायरोलिसिस। अत्याधुनिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी आणविक परिशुद्धता के साथ साइटों की सफलतापूर्वक पहचान करने के लिए, “अध्ययन के पहले लेखक अश्विनी कुमार कहते हैं।

दो एक से बेहतर हैं: हरे हाइड्रोजन उत्पादन के लिए सिंगल-एटम डिमर इलेक्ट्रोकैटलिस्ट

एन-डॉप्ड कार्बन (बाएं) पर स्थिर नीको-एसएडी का उपयोग करते हुए हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया (एचईआर) प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख। क्षारीय (ऊपर दाएं) और अम्लीय मीडिया (नीचे दाएं) में उसकी गतिविधि। साभार: बुनियादी विज्ञान संस्थान

शोधकर्ताओं ने पाया कि आर्गन वातावरण में 800 C पर दो घंटे के लिए एनीलिंग मंद संरचना प्राप्त करने के लिए सबसे अच्छी स्थिति है। अन्य एकल परमाणु डिमर, जैसे CoMn और CoFe, को भी इसी तरह की विधि का उपयोग करके संश्लेषित किया जा सकता है, जिससे उनकी रणनीति की व्यापकता साबित होती है।

शोध दल ने हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त क्षमता के संदर्भ में इस नई प्रणाली की उत्प्रेरक दक्षता का मूल्यांकन किया। NiCo-SAD-NC इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के पास अम्लीय और क्षारीय मीडिया में एक वाणिज्यिक पीटी-आधारित उत्प्रेरक के रूप में ओवरवॉल्टेज का एक तुलनीय स्तर था। NiCo-SAD-NC ने भी क्षारीय मीडिया में Ni/Co सिंगल-एटम उत्प्रेरकों और विषम NiCo नैनोकणों की तुलना में आठ गुना अधिक सक्रियता प्रदर्शित की। इसी समय, इसने सह और नी एकल-परमाणु उत्प्रेरक की तुलना में क्रमशः 17 और 11 गुना अधिक गतिविधि हासिल की, और अम्लीय मीडिया में पारंपरिक नी / सह नैनोकणों की तुलना में 13 गुना अधिक है।

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने नए उत्प्रेरक की दीर्घकालिक स्थिरता दिखाई, जो बिना किसी संरचनात्मक संशोधन के 50 घंटे तक प्रतिक्रिया करने में सक्षम थी। NiCo-SAD ने अन्य सिंगल-एटम डिमर्स और Ni / Co सिंगल-एटम साइटों की तुलना में बेहतर जल पृथक्करण और बेहतर प्रोटॉन अवशोषण का प्रदर्शन किया, घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत सिमुलेशन के आधार पर पीएच-सार्वभौमिक उत्प्रेरक की गतिविधि को तेज किया।

“हम यह जानने के लिए उत्साहित थे कि उपन्यास NiCo-SAD संरचना पानी के अणुओं को बहुत कम ऊर्जा बाधाओं के साथ विभाजित करती है और पीटी के तुलनीय प्रदर्शन के साथ क्षारीय और अम्लीय दोनों मीडिया में हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया को तेज करती है, जिसने व्यक्ति की कमियों को संबोधित किया। और सह- एकल-परमाणु उत्प्रेरक। इस तरह के एकल-परमाणु मंदर संरचनाओं का संश्लेषण एकल-परमाणु उत्प्रेरक के क्षेत्र में एक लंबे समय से चली आ रही चुनौती थी, “अध्ययन के सह-लेखक और सहयोगी निदेशक ली नोट करते हैं।

वह आगे बताते हैं, “यह अध्ययन हमें कार्बन-मुक्त और हरित हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था के करीब लाता है। यह अत्यधिक कुशल और सस्ती हाइड्रोजन पीढ़ी इलेक्ट्रोकैटलिस्ट हमें लागत-प्रतिस्पर्धी हरी हाइड्रोजन उत्पादन की दीर्घकालिक चुनौतियों को दूर करने में मदद करेगा: अत्यधिक प्रतिस्पर्धी उत्पाद के लिए कम लागत पर शुद्ध हाइड्रोजन और व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए पर्यावरण के अनुकूल।”

यह अध्ययन में प्रकाशित हुआ था प्रकृति संचार.


नया एकल-परमाणु उत्प्रेरक यूरिया से असाधारण दरों पर हाइड्रोजन का उत्पादन कर सकता है


और जानकारी:
एकल-परमाणु मंदर परमाणु-इंटरफ़ेस पर सभी-पीएच हाइड्रोजन विकास के लिए द्विधातु-मिश्र धातु से कार्यवाही प्रकृति संचार (2021)। डीओआई: 10.1038 / s41467-021-27145-3

बुनियादी विज्ञान संस्थान द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: दो एक से बेहतर है: 19 नवंबर 2021 को ग्रीन हाइड्रोजन उत्पादन (2021, 19 नवंबर) के लिए सिंगल-एटम डिमर इलेक्ट्रोकैटलिस्ट https://phys.org/news/2021-11-single-atom-dimer- -hydrogen.html इलेक्ट्रोकैटलिस्ट-ग्रीन . से प्राप्त

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