En lav pris, højeffektiv katalysator, der omdanner kuldioxid til andre kemikalier

Korea Institute of Science and Technology (KIST, Fungerende præsident:Yoon Seok-jin) meddelte, at et forskerhold, ledet af Dr. Oh Hyung-Suk og Dr. Lee Woong-hee, på Clean Energy Research Center ved KIST, udviklet en teknologi til at reducere brugen af ​​ædelmetalkatalysatorer ved elektroder, hvor der produceres ilt. Brugen af ​​ædelmetalkatalysatorer er et af problemerne, der hindrer den praktiske anvendelse af kunstig fotosynteseteknologi.

Kunstig fotosynteseteknologi involverer kunstig genskabelse af en proces, ligesom processen set i planter, ved hvilket vand, sollys, og kuldioxid (CO ₂ ) omdannes til kulbrinter og oxygen, med klorofyl, der tjener som katalysator. Denne teknologi har fået stor opmærksomhed, fordi den kan producere ren energi og værdiskabende kemikalier, samtidig med at den absorberer kuldioxid.

For at denne teknologi kan kommercialiseres, effektiviteten af ​​katalysatoren, som i planter, er klorofylet, skal forbedres og dermed forbundne omkostninger skal reduceres. Af de effektive elektrokemiske katalysatorer, der er blevet undersøgt indtil videre, iridium-baserede katalysatorer har vist sig at være nogle af de mest stabile og højtydende og er derfor almindeligt kendte som nogle af de bedste oxygenproducerende katalysatorer. Imidlertid, iridium er dyrt, og dets reserver og produktionsvolumen er ret begrænset. For nylig, Der er udført meget forskning i, hvordan man kan reducere brugen af ​​iridium og forbedre katalysatorens ydeevne.

En af de mest effektive metoder til at reducere brugen af ​​iridium er at fremstille en nanoskala iridiumlegeringskatalysator ved hjælp af lavprismetaller. Det fælles forskerhold fra KIST-Technical University Berlin (TU-Berlin) udviklede en kerne-skal nanokatalysator med en iridiumoxidskal ved at bruge nanopartikler af iridium-koboltlegering til at reducere brugen af ​​iridium.

Forskerholdet på KIST brugte forskellige in-situ/operando analytiske teknikker til at designe en effektiv katalysator. Ved hjælp af en in-situ/operando røntgenabsorptionsspektroskopi, de fandt ud af, at katalysatoren, med sin kerne-skal struktur, havde høj ydeevne på grund af den korte afstand mellem iridium og oxygen i katalysatoren. De undersøgte yderligere katalysatoren, ved hjælp af en in-situ/operando induktivt koblet plasma (ICP) analytisk teknik, og fandt, at den havde høj holdbarhed på grund af det relativt lille tab af katalysatoren. Det er endnu mere signifikant, at disse resultater blev opnået under egentlige katalysatorreaktionsprocesser. Resultaterne af disse analyser vil fortsat blive brugt til at designe forskellige katalysatorer.

Katalysatoren udviklet af KISTs forskerhold bruger 20 % mindre iridium, et ædelmetal, end eksisterende katalysatorer og viser mindst 31 % højere ydeevne. En langtidstest med brug af postevand blev udført for at verificere den praktiske gennemførlighed af katalysatoren. Når testet, katalysatoren holdt et højt ydeevneniveau i hundredvis af timer, indikerer høj holdbarhed.

Da den udviklede katalysator blev påført det faktiske kuldioxidomdannelsessystem, den nødvendige energi under processen blev reduceret med mere end halvdelen. Dette resulterede i mere end det dobbelte af mængden af ​​forbindelser, der typisk produceres ved samme spænding ved brug af andre iridiumoxidkatalysatorer.

"Vi brugte en iridium-cobalt-legeringskerne og en kerne-skal nanokatalysator med en iridiumoxidskal for at forbedre ydeevnen af ​​oxygenudviklingsreaktionen og holdbarheden betydeligt, som var de problemer, der tidligere var forbundet med den elektrokemiske CO ₂ konverteringssystem, " sagde KISTs Dr. Oh Hyung-Suk, der ledede forskningen. "Jeg forventer, at denne forskning vil bidrage i høj grad til gennemførligheden af ​​den elektrokemiske CO ₂ konverteringssystem, da det kan anvendes til vandelektrolysesystemer til brintproduktion såvel som forskellige andre elektrolysesystemer."