Yaygın Nikel ile Hidrojen Enerjisi Yapmak
Enerji krizlerini ve çevresel sorunları çözümlemek için; fosil yakıtlardan uzaklaşmak ve ekonomi dostu, sürdürülebilir hidrojen enerjisine dönüştürmek adına yapılan çalışmalar dünya çapında pekâlâ devam etmekte. Son zamanlarda, POSTECH’teki (Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi) bir araştırma ekibi, ucuz ve kolayca temin edilebilen nikeli bir elekrokatalizör olarak kullanarak su elektrolizi (suyu bileşenlerine ayırmak için elektrik kullanılması işlemi) yolu ile verimli bir şekilde hidrojen yakıtı üretmenin bir yolunu önerdi.
Profesör Jong Kyu Kim ile Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü doktora adayı Jaerim Kim tarafından yönetilen bir POSTECH araştırma ekibi ve Profesör Jeong Woo Han ile Kimya Mühendisliği Bölümü doktora adayı Hyeonjung Jung tarafından yönetilen bir araştırma ekibi birlikte, oksofilik geçiş metali atomlarıyla uyarılmış bir yüksek verimli nikel bazlı katalizör sistemi geliştirdiler ve alkali ortamda katalitik adsorpsiyon özellikleri ile hidrojen oluşumu reaksiyonu (HER- hydrogen evolution reaction) kinetikleri arasındaki ilişkiyi belirlediler. Anlamlılığı ile takdir edilen bu araştırma bulguları American Chemical Society’nin kapak sayfası olarak sunuldu.
Yakıt hücresi, içerisinde oksijen (O2) ve hidrojenin (H2) su (H2O) ürettiği bir kimyasal reaksiyon kullanarak elektrik üreten çevre dostu bir güç üretim cihazıdır. Bu işlem sırasında, suyun elektrolizindeki indirgenme (4H2O + 4e– –> 2H2 + 4OH–), suyu hidrojen yakıtı üretmek için ayrıştıran bir karşı-reaksiyon olarak gerçekleşir. Bunun, büyük miktarlarda yüksek saflıkta hidrojen yakıtı üretmek için çevresel açıdan en güvenli ve sürdürülebilir yol olduğu bilinir. Ancak elektrot olarak kıymetli metallerin kullanımını gerektirdiği için maliyetli ve verimsiz olmanın bir dezavantajına sahiptir. Suyun elektrolizi ile üretilen hidrojen yakıtının birim maliyetini azaltmak için, hidrojen üretim performansını maksimize etme yeteneğine sahip, son derece aktif, kararlı ve pahalı olmayan elektrokimyasal katalizörler geliştirmek çok önemlidir.
Bunun için, ortak çalışma ekibi, alkali HER’deki adsorpsiyon yeteneklerini optimize etmek için toprakta bol miktarda bulunan nikeli, bir dizi oksofilik geçiş elementi ile birleştirerek oldukça etkili bir katalizör tasarladı. Ekip ayrıca, oksofilik katkı maddelerinin katılımının, nikel bazlı katalizör yüzeylerinin adsorpsiyon özelliklerini etkin bir şekilde kontrol edebileceğini kanıtladı.
Nikel bazlı katalizörlerin HER aktivitesini daha da geliştirmek için, araştırmacılar, çok yüzey aktif bölgeler için eğik açılı kod biriktirme yöntemiyle kolayca imal edilebilen, benzersiz bir 3 boyutlu (3-D) NanoHelix (NH) dizisi, yük transferi için hızlı ve verimli yollar ve kütle aktarımı için de açık kanallar tanıttılar. Geleneksel nikel bazlı ince film katalizörlerine göre dört kattan daha fazla azaltılmış aşırı gerilim sayesinde mükemmel bir hidrojen üretim verimliliği gösteren, yüksek aktiflikte ve kararlı Cr-birleştirilmiş Ni NHs katalizörünü başarıyla imal ettiler.
Makalenin ilgili yazarı Profesör Jong Kyu Kim, “Bu araştırma, sürdürülebilir hidrojen enerjisi dönüşüm sisteminin yüksek performansı ve ticarileştirilmesi için bilimsel bir dayanak sağlaması açısından kayda değerdir. Tasarım stratejisinin ve verimli bimetalik (iki metal içeren) elektrokatalizörlerin ana konsepti yalnız su elektrolizörlerine değil yakıt hücresi, karbondioksit indirgeme ve foto-elektrokimyasal sisteme de uygulanabilir.” diye açıklıyor.
Makalenin ortak yazarı Profesör Jeong Woo Han, “Hesaplamalı kimya, sadece değerli olmayan malzemeler kullanarak bimetalik elektokatalizörlerin imalatını etkinleştirmek için katalizör adsorpsiyon gücünü kontrol edebilen bimetalleri hızlıca bularak, su elektroliz reaksiyonunu önemli ölçüde hızlandırdı.” diye ekliyor.
Kaynak: phys.org
