Ucuz Alternatif Malzeme Sayesinde Hidrojen Üretiminde Kullanılan Elektrokatalizörler Tahttan İndiriliyor
Bilim insanları, elektrokimyasal su bölünmesinde oksijen dönüşüm reaksiyonu (OER) için yeni bir elektrokatalizör keşfetti: CaFe2O4. Bu ucuz, zehirsiz ve sentezi kolay malzeme, diğer bimetalik OER elektrokatalizörlerden üstün bir performans sergiler ve hatta iridyum oksit tarafından belirlenen kriteri geride bırakarak, gelecek olan hidrojen toplumları için hidrojen üretimine ulaşılabilirliğe zemin hazırlar.
Bugün, en ufak bir şüphe duymadan söyleyebiliriz ki fosil yakıtlar için bir alternatife ihtiyaç duyulmaktadır. Fosil yakıtlar sadece yenilenemeyen enerji kaynakları değildir aynı zamanda küresel ısınma ve hava kirliliğinin ana nedenlerinin başında yer alır. Bu nedenle, dünya çapında bir çok bilim insanı umutlarını, geleceğin yakıtı olarak gördükleri hidrojene (H2) bağlamaktadırlar. H2 , inanılmaz derecede yüksek enerji yoğunluğuna sahip temiz bir yakıt olmasına rağmen, büyük miktarlarda verimli üretimi, zor bir teknik mücadele olmaya devam eder.
Su bölünmesi — su moleküllerinin parçalanması – H2 üretiminde en çok irdelenen yöntemlerin arasındadır. Bununla ilgili gidilecek birçok yol olmasına karşın, en iyi performans gösteren su bölünme teknikleri, platin, rutenyum ve iridyum gibi pahalı metallerden yapılan elektrokatalizörleri içerir. Sorun şu ki, verimli metallerden yapılan bilinen elektokatalizörlerin, su bölünme sürecinin en zorlayıcı yönü olan oksijen dönüşüm reaksiyonunda (OER) etkisiz kalmasıdır.
Tokyo Teknoloji Enstitüsü, Japonya’da bilim insanlarından oluşan bir ekibin uygun maliyetli su bölünmesi için dikkat çekici bir elektokatalizör adayı olan: kalsiyum demir oksiti (CaFe2O4) bulduğu yakın tarihli çalışma, ACS Applied Energy Materials (Uygulanmış Enerji Malzemeleri) ‘de yayınlandı. Demir (Fe) oksitler, oksijen dönüşüm reaksiyonunda (OER) vasatken, önceki çalışmalar onu diğer metallerle kombine etmenin, performansını gerçekten kullanışlı seviyelere yükseltebildiğini belirtmişti. Buna rağmen, Asistan Profesör ve baş yazar Dr Yuuki Sugawara’ nın yorumladığı gibi, kimse potansiyel bir OER katalizör olarak CaFe2O4 üzerine odaklanmamıştı. “Biz, CaFe2O4’ nun potansiyelini ortaya çıkarmak ve OER aktivitesini yükselten kritik faktörler olan diğer demir bazlı bimetalik oksitler ile kıyaslama vasıtasıyla açığa kavuşturmak istedik,” açıklamasını yaptı.
Bu amaçla, ekip CaFe2O4 dahil 6 çeşit demir bazlı oksidi test etti. Kısa süre içinde, CaFe2O4‘ ün OER performansının diğer bimetalik elektrokatalizörlerden çok daha yüksek olduğunu ve hatta yaygın olarak kabul gören bir kriter olan iridyum oksitinkinden daha yüksek olduğunu buldular. Ek olarak, bu gelecek vaat eden malzemenin dayanıklılığını test ettiler ve dikkate değer bir biçimde kararlı olduğunu buldular; ölçüm döngülerinden sonra önemli yapısal veya bileşimsel değişiklikler görülmedi ve CaFe2O4 elektrodunun elektrokimyasal hücredeki performansı yüksek kalmaya devam etti.
Bu keşfedilmemiş elektrokatalizörün istisnai yeteneklerinin arkasındaki sebebi anlama arzusuna sahip olan bilim insanları, yoğunluk fonksiyonları teorisini kullanarak hesaplamalar yaptılar ve alışılmadık bir katalitik mekanizma keşfettiler. CaFe2O4’ ün OER’de sınırlayıcı bir adım olan oksijen bağlarının oluşumu için enerjik olarak elverişli bir yol sunduğu görülmektedir. Emin olmak için daha fazla teorik hesaplama ve deney gerekli olsa da, sonuçlar, çoklu demir konumları arasındaki yakın mesafenin önemli bir rol oynadığını göstermektedir.
Dr Sugawara’nın belirttiği gibi, yeni keşfedilen OER elektrokatalizörü kesinlikle bir oyun değiştirici olabilir, ” CaFe2O4‘ ün kolay ve uygun maliyetli sentezinden, çevre dostu olmasına kadar birçok avantajı mevcut. Su bölme için umut verici bir OER elektrokatalizör olmasını beklemekteyiz ve bu enerji dönüşüm cihazlarının geliştirilmesi için yeni bir yol açacak. ” Ek olarak, CaFe2O4‘ te bulunan yeni OER artırma mekanizması, diğer yararlı katalizörlerin mühendisliğine öncülük edebilir. Bu bulguların, yarının çok ihtiyaç duyulan hidrojen toplumuna giden yolu açmaya yardımcı olmasını umalım!
Kaynak: sciencedaily.com
