Forskere skaber pålidelige forudsigelsesmetoder for iltreduktionskatalysatorer
Forskere fra Tohoku University har skabt et pålideligt middel til at forudsige ydeevnen af en ny og lovende type katalysator. Deres gennembrud vil fremskynde udviklingen af effektive katalysatorer til både alkaliske og sure miljøer og derved spare tid og kræfter i fremtidige bestræbelser på at skabe bedre brændselsceller.
Detaljer om deres forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Chemical Science den 15. marts 2024.
Brændselscelleteknologi har længe været udråbt som en lovende vej til ren energi, men udfordringer med hensyn til katalysatoreffektivitet har hindret dens udbredte anvendelse.
Molekylære metal-nitrogen-carbon (M-N-C) katalysatorer kan prale af karakteristiske strukturelle egenskaber og fremragende elektrokatalytisk ydeevne, især til oxygenreduktionsreaktionen (ORR) i brændselsceller. De tilbyder et omkostningseffektivt alternativ til platinbaserede katalysatorer.
En sådan variant af M-N-C-katalysatorer er metal-doteret azaphthalocyanin (AzPc). Disse besidder unikke strukturelle egenskaber, karakteriseret ved lang-strækkende funktionelle grupper. Når disse katalysatorer placeres på et kulstofsubstrat, antager de tredimensionelle former, ligesom en danser, der er placeret på en scene. Denne formændring påvirker, hvor godt de virker for ORR ved forskellige pH-niveauer.
Alligevel er det en udfordring at omsætte disse gavnlige strukturelle egenskaber til øget ydeevne, en udfordring, der kræver betydelig modellering, validering og eksperimentering, hvilket er ressourcekrævende.
"For at overvinde dette brugte vi computersimuleringer til at studere, hvordan ydeevnen af kulstofunderstøttet Fe-AzPcs-katalysator til iltreduktionsreaktioner ændres med forskellige pH-niveauer ved at se på, hvordan elektriske felter interagerer med pH og den omgivende funktionelle gruppe," siger Hao Li, lektor ved Tohoku University's Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) og den tilsvarende forfatter til papiret.
Ved at analysere Fe-AzPcs ydeevne i ORR inkorporerede Li og hans kolleger store molekylære strukturer med komplekse langkædede arrangementer eller "dansende mønstre" med arrangementer på mere end 650 atomer.
Det er afgørende, at de eksperimentelle data afslørede, at den pH-feltkoblede mikrokinetiske modellering nøje matchede den observerede ORR-effektivitet.
"Vores resultater tyder på, at evaluering af ladningsoverførslen, der finder sted på Fe-stedet, hvor Fe-atomet normalt mister cirka 1,3 elektroner, kunne tjene som en nyttig metode til at identificere passende omgivende funktionelle grupper for ORR," tilføjer Li. "Vi har i det væsentlige skabt en direkte benchmarkanalyse for den mikrokinetiske model for at identificere effektive M-N-C-katalysatorer for ORR på tværs af forskellige pH-forhold."
Flere oplysninger: Di Zhang et al., Benchmarking pH-feltkoblet mikrokinetisk modellering mod oxygenreduktion i storskala Fe-azaphthalocyanin-katalysatorer, Chemical Science (2024). DOI:10.1039/D4SC00473F
Journaloplysninger: Kemisk videnskab
Leveret af Tohoku University
Varme artikler
-
Nyopdaget kvasikrystal blev skabt ved den første atomeksplosion på Trinity SiteBillede af rød trinititprøve, der indeholdt kvasicrystal. Kredit:Luca Bindi og Paul J. Steinhardt. En nyopdaget kvasikrystal, der blev skabt ved den første atomeksplosion på Trinity Site, N.M., de -
At få øje på det usynligeHøjopløsningsrøntgenstruktur af enzymet adenylatkinase fanget i en forbigående strukturel tilstand af en kovalent disulfidbinding. Kredit:Umeå Universitet Det er lykkedes kemikere ved Umeå Univers -
En skov af nanosvampestrukturer holder denne plast ren og pletfriKredit: Journal of Materials Chemistry A (2019). DOI:10.1039/C9TA01753D Teknologier som solpaneler og lysdioder kræver et dækmateriale, der afviser vand, snavs og olie, mens den stadig slipper ma -
Kemikere opnår molekylær redigeringScripps Research og University of California, Los Angeles, har udviklet metoder til at modificere en bred klasse af kemiske forbindelser, der almindeligvis bruges til at bygge lægemiddelmolekyler. Bil
- Mekanokemisk peptidbindingsdannelse bag livets oprindelse
- Undersøgelse:Ulighed mellem kønnene stiger i medierne under pandemi
- Chimpanser i naturen ændrer advarsler baseret på, hvad andre, deres gruppe allerede ved, viser und…
- Misundelse deler samfundet
- Stillingen:Globale vindhastigheder er faldet siden 1960
- En ny metode til enzymatisk syntese af potentielle RNA-terapeutika