Hidrojen Eldesi: Platin-Nikel-Paladyum Katalizörü
Arazi, Altyapı ve Ulaşım Bakanlığı verilerine göre 2022 yılında hidrojen gücüyle çalışan araç sayısı 30000 olmuş ve 2018 yılına göre 3 kat daha artmıştır. Ancak ülkede yalnızca 135 adet hidrojen yakıt istasyonu vardır. Hidrojen gücüyle çalışan araçların ulaşılabilirliğini arttırmak ve hidrojeni uygulanabilir enerji kaynağı haline getirmek için hidrojenin ticari maliyetinin azaltılması gereklidir, böylece ekonomik fizibiliteye ulaşılması zorunlu hale gelmektedir. Bu amaca ulaşmak için sudan hidrojen elde edilmesini sağlayan hidroliz işleminin veriminin maksimum noktaya ulaştırılması kritik bir öneme sahiptir.
Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (POSTECH) Kimya Bölümü’nden Profesör In Su Lee, Araştırmacı Profesör Soumen Dutta ve Beyong Su Gu’dan oluşan bir araştırma ekibi, platinyum nanokatalizörünü geliştirerek yeşil enerji kaynağı olan hidrojeni verimli şekilde sentezlemeyi başardılar. Araştırmacılar bunun için iki tip metali adım adım birleştirdiler. Çalışmalarının sonuçlarını kimya alanıyla ilgili haberleri paylaşan Angewandte Kimya dergisinde yayınladılar.
Farklı materyallerin, nanometrik ölçüde olan katalizörün yüzeyinde belirli yerlere yerleştirilmesi önemli zorlukları doğurmaktadır. İstenmeyen bölgelerdeki yerleştirilmeler, katalizörün fonksiyonlarının birbiriyle bağlantı kurması ya da müdahale etmesi aktifliklerini engellemektedir. Bu durum nikel ve paladyumu tek bir materyalmiş gibi bağlamayı gerektirmektedir. Nikel, su moleküllerini aktifleştirerek ayırırken; paladyum, hidrojen moleküllerindeki hidrojen iyonlarını bağlar.
Nanokristal bölgelerdeki yerleşmeleri 2 boyutta gözlemleyip kontrol etmek için araştırma ekibi bir yöntem geliştirdi. Ayrıca 2D platin nanokristalin farklı yönlerinin farklı malzemelerle kaplanmasını sağlayan nano-ölçekli ince bir biriktirme işlemi geliştirdiler. Bu yeni yaklaşım, düz yüzeyi ve 2D platin nanokristalin kenarını sırasıyla paladyum ve nikel nano ince filmlerle seçici olarak kaplayan ardışık birikimlerle elde edilen “platin-nikel-paladyum” üç metalli hibrit katalizör malzemesinin geliştirilmesine yol açtı.
Hibrit katalizörün özelliği nikel/platinyum ve paladyum/platinyum arayüzey pozisyonlarını ayarlayarak sırasıyla önce suyun ayrılmasını, daha sonrasında hidrojen molekülünün elde edilmesini kolaylaştırmaktır. Dolayısıyla, bu iki prosesi birleştirmenin hidrojenin elektrolizle elde edilme verimini önemli ölçüde arttırdığını söyleyebiliriz.
Çalışmanın sonuçları geleneksel platinyum-karbon katalizörlerine kıyasla üç metalli hibrit katalizörün 7-9 kat daha fazla aktifliğinin olduğunu göstermektedir. Dahası sonuçlar, 50 saat kadar yüksek reaksiyon zamanlarında bile aktifliğini koruyan katalizörü göstererek; katalizörün kararlılığını da vermiştir. Bu heteroarayüzeyler arasındaki işlevsel parazitler ya da çarpışmalar sorununu çözdü.
Çalışmanın yürütücüsü Profesör In Su Lee iyimserdi, “Zorlukların üstesinden gelerek, heteroarayüzeylerde hibrit materyalin harmanlamasını başarılı şekilde geliştirdik. Hidrojen reaksiyonlarının katalitik materyallerle optimizasyonunun geliştirilmesi uygulamalarına ışık tutmasını umuyoruz” dedi.
Çalışma, Kore Lider Ulusal Araştırmacı Programı tarafından desteklenmiştir.
KAYNAK: sciencedaily.com
Yazardan: Araştırmacılar; nikel ve paladyumu, platin nanokristalleriyle biriktirerek ve iyi konumlandırılmasını sağlayarak geliştirdikleri hibrit katalizörle sudan hidrojen elde etmenin verimli bir yolunu keşfetti.
