Ny indsigt i elektrokemiske reaktioner - fremme af den grønne omstilling
Elektrokemiske reaktioner er centrale for grønne overgange. Disse reaktioner bruger elektrisk strøm og potentialforskel til at udføre kemiske reaktioner, som gør det muligt at binde og realisere elektrisk energi fra kemiske bindinger. Denne kemi er grundlaget for flere anvendelser, såsom brintteknologi, batterier og forskellige aspekter af cirkulær økonomi.
Udviklinger og forbedringer af disse teknologier kræver detaljeret indsigt i de elektrokemiske reaktioner og forskellige faktorer, der påvirker dem. Nylige undersøgelser har vist, at udover elektrodematerialet har det anvendte opløsningsmiddel, dets surhedsgrad og de anvendte elektrolytioner afgørende indflydelse på effektiviteten af elektrokemiske reaktioner.
Derfor er den seneste tids fokus flyttet til at studere, hvordan de elektrokemiske grænseflader, for eksempel reaktionsmiljøet ved elektroden og elektrolytgrænsefladen, påvirker resultatet af elektrokemiske reaktioner.
Konvertering af kuldioxid
Det er ekstremt vanskeligt at forstå grænsefladekemien kun ved hjælp af eksperimentelle metoder, da de er meget tynde, kun en brøkdel af en nanometer. Beregningsmæssige og teoretiske er derfor afgørende, da de giver en nøjagtig måde at studere de elektrokemiske grænseflader på atomniveau og som en funktion af tid.
Den langsigtede metode- og teoriudvikling ved Institut for Kemi ved Jyväskylä Universitet (Finland) har givet en ny forståelse af kemien af elektrokemiske grænseflader, især elektrolyt-ion-effekterne.
"Vores to nylige forskningsartikler har fokuseret på elektrolyt-ion-effekterne i oxygen- og kuldioxidreduktionsreaktionerne, som bestemmer effektiviteten af brændselsceller, hydrogenperoxidsyntese og omdannelse af kuldioxid til kulstofneutralt kemikalie og brændstoffer," siger den. Akademiets forskningsstipendiat Marko Melander fra Institut for Kemi ved Jyväskylä Universitet.
Kombinering af eksperimentelle og beregningsmæssige resultater
Forskere ved Jyväskylä Universitet har samarbejdet med eksperimentelle og beregningsmæssige grupper for at forstå elektrolyteffekterne. Værket er for nylig blevet publiceret i tidsskrifter, Nature Communications og Angewandte Chemie International Edition .
"I begge undersøgelser har vi fokuseret på de grundlæggende egenskaber og forskning, som har nødvendiggjort brugen af meget præcise og krævende eksperimentelle og deres kombination med de nyeste simuleringsmetoder. For eksempel var vi i stand til for første gang at kombinere eksperimenter og simuleringer af kvantemekaniske kinetiske isotopeffekter af brint for at forstå iltreduktionsreaktionen Vi udviklede og anvendte også avancerede beregningsmetoder til at simulere reorganiseringen af de vandige elektrolytopløsninger for at opnå detaljeret indsigt i deres fælles effekt på reaktionsmekanismen," belyser Melander. .
Ny videnskabelig viden om elektrokemiske reaktioner
Denne forskning giver et atomistisk billede af, hvordan elektrolytter påvirker elektrokemiske reaktioner. En identificeret mekanisme er bindingsdannelsen mellem en ion og det reagerende molekyle.
"Vi var i stand til at vise, at både ionerne kontrollerer strukturen og dynamikken af både elektrodeoverfladen og grænsefladevandet gennem ikke-kovalente vekselvirkninger. Disse ret svage vekselvirkninger bestemmer derefter reaktionsvejen, hastigheden og selektiviteten og styrer dermed aktiviteten. og udfald af elektrokemiske reaktioner," forklarer Melander.
Muligheder for udvikling af vedvarende energiteknologier
Mens denne forskning fokuserede på de grundlæggende aspekter af elektrokemiske systemer, kan den forbedre udviklingen af forbedrede elektrokemiske teknologier.
"Anvendelse af ion- og opløsningsmiddeleffekter kan give en måde at skræddersy reaktiviteten og selektiviteten af elektrokemiske reaktioner. For eksempel kan elektrolytten bruges til at rette iltreduktionsreaktionen enten mod brændselsceller eller hydrogenperoxidsynteseapplikationer. Elektrolytkemien er også en effektiv måde at styre kuldioxidreduktionen mod de ønskede, værdifulde produkter," siger Melander.
Flere oplysninger: Xueping Qin et al., Kation-inducerede ændringer i de indre og ydre sfæremekanismer for elektrokatalytisk CO2-reduktion, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43300-4
Tomoaki Kumeda et al., Kationer bestemmer mekanismen og selektiviteten af alkalisk iltreduktionsreaktion på Pt(111)**, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202312841
Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition , Nature Communications
Leveret af University of Jyväskylä
Varme artikler
-
Kortlægning af kemiske reaktioner på nanoskala inde i batterier i 3-DLithium jernfosfat. Kredit:Jordi Cabana Forskere fra University of Illinois i Chicago og Lawrence Berkeley National Laboratory har udviklet en ny teknik, der lader dem lokalisere placeringen af -
Iagttagelse af forskellen i strukturel dynamik af 1 nm enkeltmolekyler ved stuetemperatur for først…(Venstre) Illustration af isolerede molekyler fanget mellem guld- og aluminiumoxidlag ved hjælp af en spidsforstærket nanoskopi. (Højre) Visualisering af vibrationstilstandene for et brillant cresylbl -
En ny matematisk tilgang til forståelse af zeolitterGraph og supercell matching. en, Repræsentation af en zeolit ved hjælp af en graf (til venstre). Enhedscellegrafen (midten) modificeres for at opfylde periodiske grænsebetingelser ved at sløjfe bind -
Ny biosensor stimulerer sved, mens patienten er kølig og hvilerUC udviklede en ny biosensor, der stimulerer sved på et lille stykke hud. Kredit:Andrew Higley/UC Creative Services En ulempe ved medicinske sensorer, der tester menneskelig sved:Du skal svede.
- Når rødglødende ikke er nok:Nyt statsligt varmerisikoværktøj sætter magenta som det farligste …
- Opdagelse af en kæmpestor rovdinosaur i Victoria
- Hvad er funktionerne til venstre og højre Atria?
- Hvordan tænder gadelyset automatisk om natten?
- Ben op for fodterapistuderende, da 3-D-printede fødder sætter dem skridt foran resten
- Hvilken type planter og dyr lever i søer?