मेसोपोरस टँटॅलम ऑक्साइडवर जमा केलेल्या विशेषतः डिझाइन केलेल्या इरिडियम नॅनोस्ट्रक्चर्समुळे चालकता, उत्प्रेरक क्रियाशीलता आणि दीर्घकालीन स्थिरता वाढते.
चित्र: दक्षिण कोरिया आणि अमेरिकेतील संशोधकांनी, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेनच्या साहाय्याने पाण्याचे किफायतशीर इलेक्ट्रोलायसिस करून हायड्रोजन निर्मितीसाठी, वाढीव ऑक्सिजन उत्सर्जन अभिक्रिया क्रियाशीलता असलेला एक नवीन इरिडियम उत्प्रेरक विकसित केला आहे. अधिक जाणून घ्या.
जगाच्या ऊर्जेची गरज सतत वाढत आहे. स्वच्छ आणि शाश्वत ऊर्जा उपायांच्या शोधात, सुवाह्य हायड्रोजन ऊर्जा एक मोठी आशा निर्माण करते. या संदर्भात, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वॉटर इलेक्ट्रोलायझर्स (PEMWEs), जे पाण्याच्या इलेक्ट्रोलायसिसद्वारे अतिरिक्त विद्युत ऊर्जेचे सुवाह्य हायड्रोजन ऊर्जेमध्ये रूपांतर करतात, यांनी खूप लक्ष वेधले आहे. तथापि, इलेक्ट्रोलायसिसचा एक महत्त्वाचा घटक असलेल्या ऑक्सिजन उत्सर्जन अभिक्रियेचा (OER) मंद वेग आणि इलेक्ट्रोड्समध्ये इरिडियम (Ir) व रुथेनियम ऑक्साईडसारख्या महागड्या मेटल ऑक्साईड उत्प्रेरकांचे जास्त प्रमाण मर्यादित असल्यामुळे, हायड्रोजन उत्पादनात त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर मर्यादित राहिला आहे. त्यामुळे, PEMWE च्या व्यापक वापरासाठी किफायतशीर आणि उच्च-कार्यक्षम OER उत्प्रेरकांचा विकास करणे आवश्यक आहे.

अलीकडेच, दक्षिण कोरियातील ग्वांगजू इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी येथील प्राध्यापक चांगहो पार्क यांच्या नेतृत्वाखालील एका कोरियन-अमेरिकन संशोधक संघाने, PEM पाण्याच्या कार्यक्षम इलेक्ट्रोलायसिससाठी, सुधारित फॉर्मिक ऍसिड रिडक्शन पद्धतीद्वारे मेसोपोरस टँटलम ऑक्साईड (Ta2O5) वर आधारित एक नवीन इरिडियम नॅनोस्ट्रक्चर्ड उत्प्रेरक विकसित केला आहे. त्यांचे संशोधन २० मे २०२३ रोजी ऑनलाइन प्रकाशित झाले असून, ते १५ ऑगस्ट २०२३ रोजी 'जर्नल ऑफ पॉवर सोर्सेस'च्या खंड ५७५ मध्ये प्रकाशित होईल. या अभ्यासाचे सह-लेखक कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (KIST) येथील संशोधक डॉ. चाएकयोंग बाईक हे आहेत.
"सॉफ्ट टेम्पलेट पद्धत आणि इथिलिनडायअमाइन सराउंडिंग प्रक्रियेच्या संयोगाने तयार केलेल्या स्थिर मेसोपोरस Ta2O5 सबस्ट्रेटवर इलेक्ट्रॉन-समृद्ध Ir नॅनोस्ट्रक्चर एकसमानपणे विखुरलेले आहे, ज्यामुळे एका PEMWE बॅटरीमधील Ir चे प्रमाण प्रभावीपणे 0.3 mg cm-2 पर्यंत कमी होते," असे प्राध्यापक पार्क यांनी स्पष्ट केले. हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की, Ir/Ta2O5 उत्प्रेरकाच्या या नाविन्यपूर्ण रचनेमुळे केवळ Ir चा वापरच सुधारत नाही, तर त्यात उच्च चालकता आणि मोठे इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय पृष्ठभाग क्षेत्र देखील आहे.
याव्यतिरिक्त, एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन आणि एक्स-रे ॲबसॉर्प्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी इरिडियम (Ir) आणि टँटॅलियम (Ta) यांच्यातील तीव्र धातू-आधारित आंतरक्रिया उघड करतात, तर डेन्सिटी फंक्शनल थिअरी गणना टँटॅलियमकडून इरिडियमकडे चार्ज ट्रान्सफर दर्शवते, ज्यामुळे O आणि OH सारख्या ॲडसॉर्बेट्सचे तीव्र बंधन होते आणि OOP ऑक्सिडेशन प्रक्रियेदरम्यान Ir(III) चे प्रमाण कायम राखले जाते. याचा परिणाम म्हणून Ir/Ta2O5 ची क्रियाशीलता वाढते, ज्याचा ओव्हरव्होल्टेज IrO2 च्या 0.48 V च्या तुलनेत 0.385 V इतका कमी असतो.
संघाने उत्प्रेरकाची उच्च OER सक्रियता प्रायोगिकरित्या सिद्ध केली, ज्यामध्ये 10 mA cm-2 वर 288 ± 3.9 mV चा ओव्हरव्होल्टेज आणि 1.55 V वर 876.1 ± 125.1 A g-1 ची लक्षणीयरीत्या उच्च Ir मास सक्रियता नोंदवली गेली, जी मिस्टर ब्लॅकच्या संबंधित मूल्यापेक्षा जास्त आहे. वास्तविक पाहता, Ir/Ta2O5 उत्कृष्ट OER सक्रियता आणि स्थिरता दर्शवते, ज्याची पुष्टी मेंब्रेन-इलेक्ट्रोड असेंब्लीच्या 120 तासांपेक्षा जास्त सिंगल-सेल ऑपरेशनद्वारे झाली.
प्रस्तावित पद्धतीचा दुहेरी फायदा म्हणजे लोड लेव्हल Ir कमी करणे आणि OER ची कार्यक्षमता वाढवणे. “OER ची वाढलेली कार्यक्षमता PEMWE प्रक्रियेच्या खर्च-कार्यक्षमतेला पूरक ठरते, ज्यामुळे तिची एकूण कामगिरी सुधारते. हे यश PEMWE च्या व्यापारीकरणात क्रांती घडवून आणू शकते आणि हायड्रोजन उत्पादनाची एक मुख्य पद्धत म्हणून तिचा स्वीकार अधिक वेगवान करू शकते,” असे आशावादी प्राध्यापक पार्क सुचवतात.

एकंदरीत, ही घडामोड आपल्याला शाश्वत हायड्रोजन ऊर्जा वाहतूक उपाययोजना साध्य करण्याच्या आणि त्यायोगे कार्बन तटस्थ दर्जा प्राप्त करण्याच्या अधिक जवळ घेऊन जाते.
ग्वांगजू इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (GIST) बद्दल: ग्वांगजू इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (GIST) हे दक्षिण कोरियातील ग्वांगजू येथे स्थित एक संशोधन विद्यापीठ आहे. GIST ची स्थापना १९९३ मध्ये झाली आणि ते दक्षिण कोरियातील सर्वात प्रतिष्ठित शिक्षण संस्थांपैकी एक बनले आहे. हे विद्यापीठ विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विकासाला चालना देणारे एक मजबूत संशोधन वातावरण निर्माण करण्यासाठी आणि आंतरराष्ट्रीय व देशांतर्गत संशोधन प्रकल्पांमधील सहकार्याला प्रोत्साहन देण्यासाठी वचनबद्ध आहे. “भविष्यातील विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचा अभिमानास्पद निर्माता” या ब्रीदवाक्याचे पालन करत, GIST चा दक्षिण कोरियातील अव्वल क्रमांकाच्या विद्यापीठांमध्ये सातत्याने समावेश होतो.
लेखकांबद्दल: डॉ. चांगहो पार्क हे ऑगस्ट २०१६ पासून ग्वांगजू इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (GIST) येथे प्राध्यापक आहेत. GIST मध्ये रुजू होण्यापूर्वी, त्यांनी सॅमसंग SDI चे उपाध्यक्ष म्हणून काम केले आणि सॅमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स SAIT मधून पदव्युत्तर पदवी प्राप्त केली. त्यांनी कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजीच्या रसायनशास्त्र विभागातून अनुक्रमे १९९०, १९९२ आणि १९९५ मध्ये पदवी, पदव्युत्तर आणि डॉक्टरेट पदव्या प्राप्त केल्या. त्यांचे सध्याचे संशोधन नॅनोस्ट्रक्चर्ड कार्बन आणि मिश्र धातू ऑक्साईड सपोर्ट्सचा वापर करून इंधन पेशी (फ्यूल सेल्स) आणि इलेक्ट्रोलायसिसमधील मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड असेंब्लीसाठी उत्प्रेरक सामग्रीच्या विकासावर केंद्रित आहे. त्यांनी त्यांच्या विशेषज्ञतेच्या क्षेत्रात १२६ वैज्ञानिक शोधनिबंध प्रकाशित केले आहेत आणि २२७ पेटंट मिळवले आहेत.
डॉ. चाएक्यॉन्ग बाईक हे कोरिया इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (KIST) येथे संशोधक आहेत. ते PEMWE OER आणि MEA उत्प्रेरकांच्या विकासात सहभागी असून, सध्या त्यांचे लक्ष अमोनिया ऑक्सिडेशन अभिक्रियांसाठी लागणाऱ्या उत्प्रेरक आणि उपकरणांवर केंद्रित आहे. २०२३ मध्ये KIST मध्ये रुजू होण्यापूर्वी, चाएक्यॉन्ग बाईक यांनी ग्वांगजू इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजीमधून एनर्जी इंटिग्रेशनमध्ये पीएचडी मिळवली.
इलेक्ट्रॉन-समृद्ध Ta2O5 द्वारे समर्थित मेसोपोरस इरिड नॅनोस्ट्रक्चर ऑक्सिजन उत्सर्जन अभिक्रियेची क्रियाशीलता आणि स्थिरता वाढवू शकते.
लेखक जाहीर करतात की त्यांचे कोणतेही ज्ञात स्पर्धात्मक आर्थिक हितसंबंध किंवा वैयक्तिक संबंध नाहीत, ज्यामुळे या लेखात सादर केलेल्या कार्यावर प्रभाव पडल्याचा आभास निर्माण झाला असता.
अस्वीकरण: AAAS आणि युरेकाअलर्ट! हे युरेकाअलर्ट! वर प्रकाशित होणाऱ्या प्रसिद्धीपत्रकांच्या अचूकतेसाठी जबाबदार नाहीत. तसेच, सहभागी संस्थेद्वारे किंवा युरेकाअलर्ट प्रणालीद्वारे माहितीच्या कोणत्याही वापरासाठीही ते जबाबदार नाहीत.

आपल्याला अधिक माहिती हवी असल्यास, कृपया मला ईमेल पाठवा.
ई-मेल:
info@pulisichem.cn
दूरध्वनी:
+८६-५३३-३१४९५९८