Этот материал обладает высокими характеристиками и стабильностью, необходимыми для электролиза в промышленных масштабах, который может производить экологически чистое энергетическое топливо из морской воды. 

Этот материал обладает высокими характеристиками и стабильностью, необходимыми для электролиза в промышленных масштабах, который может производить экологически чистое энергетическое топливо из морской воды. 

Производство водорода (H₂ ) путем прямого электролиза морской воды - это экономически привлекательный, но фундаментально и технически сложный подход к получению чистой энергии. Современная технология электролиза морской воды значительно затруднена из-за низкой стабильности и низкой селективности реакции выделения кислорода (OER) из-за конкуренции с реакцией выделения хлора в практическом применении. При этом нанопористые пленки селенида никеля, легированные железом и фосфором (Fe, P-NiSe₂NF) рационально спроектированы как бифункциональные катализаторы для высокоэффективного прямого электролиза морской воды. Легирование катиона Fe увеличивает селективность и эффективность Фарадея (FE) ООР. 

В то время как легирование анионов P улучшает электронную проводимость и предотвращает растворение селенида за счет образования пассивирующего слоя, содержащего частицы P – O. 

Fe-допант идентифицируется как первичный активный центр реакции выделения водорода, а тем временем стимулирует соседние атомы Ni в качестве активных центров OER. 

Экспериментальный анализ и теоретические расчеты дают глубокое понимание роли двойных примесей в ускорении электролиза морской воды. 

В результате, плотность тока 0,8 А см^-2 сохраняется при 1,8 В с высокой селективностью по OER и долговременной стабильностью в течение более 200 часов, что превосходит эталонные электролизеры без металлов платиновой группы.

Рис.1 Исследователи из Университета Центральной Флориды впервые разработали наноразмерный материал, который может эффективно расщеплять морскую воду на кислород и экологически чистое топливо - водород.

Водородное топливо, полученное из моря, могло бы стать богатой и устойчивой альтернативой ископаемому топливу. топлива, но потенциальный источник энергии был ограничен техническими проблемами, в том числе тем, как его практически добыть.

Исследователи из Университета Центральной Флориды впервые разработали наноразмерный материал, который может эффективно расщеплять морскую воду на кислород и экологически чистое топливо - водород. Процесс расщепления воды на водород и кислород известен как электролиз, и до сих пор его эффективное выполнение было сложной задачей. 
 
Стабильный и долговечный наноразмерный материал, катализирующий реакцию, которую Команда UCF, разработанная командой UCF, объясняется в этом месяце в журнале Advanced Materials. 
 
 «Эта разработка откроет новое окно для эффективного производства чистого водородного топлива из морской воды», - говорит Ян Ян, доцент кафедры Технологический центр UCF NanoScience и соавтор исследования.

Рис. 2 Исследователи разработали стабильный и долговечный наноразмерный материал для катализа реакции электролиза, показанный здесь. Кредит: UCF

Как это работает 
Исследователи разработали тонкопленочный материал с наноструктурами на поверхности, состоящий из селенида никеля с добавлением или «легированным» железом и фосфором.

Эта комбинация обеспечивает высокую производительность и стабильность, которые необходимы для электролиза в промышленных масштабах, но этого было трудно достичь из-за проблем, таких как конкурирующие реакции внутри системы и которые снижали  эффективность.

Рис.3 Ян Ян - доцент Технологического центра UCF NanoScience. Кредит: UCF

По словам Янга, новый материал уравновешивает конкурирующие реакции, обеспечивая при этом низкую стоимость и высокую эффективность. 
 
Используя свою конструкцию, исследователи достигли высокой эффективности и долговременной стабильности более чем на 200 часов. 
 
 «Производительность электролиза морской воды, достигаемая с помощью пленки с двойным легированием, намного превосходит характеристики самых последних описанных современных катализаторов электролиза и отвечает строгим требованиям, необходимым для практическое применение в промышленности », - говорит Ян. 
 
Исследователь говорит, что команда продолжит работу над повышением электрического КПД разработанных ими материалов. Они также ищут возможности и финансирование для ускорения и содействия коммерциализации работы. 
 
Ссылка: «Двойной допинг и синергизм в отношении высокоэффективного электролиза морской воды», авторы Цзиньфа Чанг, Гуаньчжи Ван, Чжэньчжун Ян. , Боян Ли, Ци Ван, Руслан Кулиев, Нина Орловская, Мэн Гу, Ингэ Ду, Гофэн Ван и Ян Ян, 8 июля 2021 г., Advanced Materials. 
DOI: 10.1002 / adma.202101425.

Подробнее о команде 
 
В число соавторов входили Джинфа Чанг, научный сотрудник, и Гуаньчжи Ван, докторант в области материаловедения, оба из Технологического центра нанонауки UCF; и Руслан Кулиев, выпускник программы UCF в области аэрокосмической техники, и Нина Орловская, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UCF, а также кластера возобновляемых источников энергии и химических преобразований. 
 
Ян занимает совместные должности в технологическом центре UCF NanoScience и на факультете материаловедения и инженерии, который является частью колледжа инженерии и компьютерных наук. Он является членом Кластера возобновляемых источников энергии и химической трансформации (REACT) UCF. Он также является сотрудником химического факультета UCF.

До прихода в UCF в 2015 году он был научным сотрудником Университета Райса и научным сотрудником Александра фон Гумбольдта в Университете Эрлангена-Нюрнберга в Германии. Он получил докторскую степень в области материаловедения в университете Цинхуа в Китае.

Reference

“Dual-Doping and Synergism toward High-Performance Seawater Electrolysis” by Jinfa Chang, Guanzhi Wang, Zhenzhong Yang, Boyang Li, Qi Wang, Ruslan Kuliiev, Nina Orlovskaya, Meng Gu, Yingge Du, Guofeng Wang and Yang Yang, 8 July 2021, Advanced Materials.
DOI: 10.1002/adma.202101425

ТЕМЫ: Катализаторы Водородные наноматериалы Нанотехнологии Университет Центральной Флориды

Источники информации 

1) Международная Ассоциация Альтернативной Энергетики и Экологии и группа компаний "Водород" (Институт водородной экономики, Научно-технический центр "ТАТА", Научно-технологический центр "СЛС", Научно-Технологический Центр "Криос", Научно-Технологический Центр "ЛТБ") - https://www.isjaee.com/jour

2) Fermaltech Limited, European Union - http://fermaltech.com/

3) Научный портал SciTechDayly  https://scitechdaily.com/new-nanomaterial-produces-clean-energy-hydrogen-fuel-from-seawater/

Переводчик - Александр Леонидович Гусев, e-mail: gusev@hydrogen.ru

При переиздании ссылка обязательна