Sürdürülebilir Ulaşım: Nitrojen Katkısında Hava Temizleme
Fotoğraf: Karbon Katalizöründe Aktif Nitrojen Atomları. Kaynak: Tsukuba Üniversitesi
Proton değişim membran (PEM) yakıt hücreleri; ulaşımın çevresel ayak izini azaltmaya yardımcı olacak enerji depolama teknolojisidir. Bu yakıt hücreleri oksijen redüksiyonu olarak bilinen kimyasal reaksiyonunu kullanır. Bu reaksiyon yaygın ticari uygulamalar için düşük maliyetli katalizöre ihtiyaç duyar. Nitrojen doplu karbon böyle bir katalizördür fakat nitrojen katkısının nasıl çalıştığının kimyasal detayları bir hayli tartışmalı.
Yakın zamanda “Angewandte Chemie Uluslararası Basımı”nda bir çalışma yayınlandı,Bu konfigürasyon; yakıt hücresinin çalışmasını sağlayacak şekilde oksijen absorplayan karbon katalizörüne yardım eder.
Nitrojen, nitrojen doplu karbon katalizörlerinde çeşitli bağlanma konfigürasyonlarını seçebilir. Yıllardır, araştırmacılar; PEM yakıt hücrelerinde elektrolitik aktivite kaynağı olan bağlanma konfigürasyonlarını belirlemek için uğraştılar. Böyle çalışmaların sonuçları; katalizörde nitrojen atomlarının kristalografik oryantasyonu ve kontrol edilmiş bağlanmayla reaksiyon mekanizmaları netleştirilmedikçe belirsizdir.
Baş yazar Profesör Kotaro Takeyasu; “Homojen yapılarla örnek katalizörler yapmak için siyah para-kristalin karbon katalizörlerinin üzerine yedi nitrojen molekülü depoladık.”diyor. “Mevcut yoğunluğa göre en yüksek aktiviteye sahip katalizörün koltuk kenarında, iki piridinik nitrojen atomuyla 1,10-fenantrolin olduğuna ulaştık.”
Sülfürik asit katalizörde nitrojen atomlarını tamamen asitlemiş. Oksijene doymuş koşullar altında uygun voltaj uygulandığı zaman; katalizörde protonlanmış nitrojen atomları azaldı. Eş zamanlı oksijen adsorpsiyona atfedilebilir çünkü nitrojen doymuş koşullarda redüksiyon yok.
Kıdemli yazar, Profesör Junji Nakamura; “Yoğunluk fonksiyonel teorisi ayrıca, oksijen adsorpsiyonu tamamen protonlanmış nitrojen atomlarının redüksiyonunu desteklediğini işaret eder. ” “Böylelikle, nitrojen atomları ilave katalitik çevrimler için azalıtılır.”
Güncel PEM yakıt hücreleri platin katalizörleri kullanılır. Çünkü platin az bulunan bir metal, uzun sürede ticari uygulamalar için gerçekçi seçenek değildir. Bu sebeple, platin katalizörler; düşük karbonlu ekonomiye katkı yapması için PEM yakıt hücrelerine olanak sağlar. Burada tanımlanan bulgular, PEM yakıt hücreleri için karbon bazlı katalizörlerin performansını geliştiren araştırmacılara ve ulaşımın sürdürülebilirliğini geliştirmeye yardım edecek.
Kaynak : phys.org
