Giriş: Yeşil Hidrojenin Sözlüğü ve Gelişmiş Catalystlerin Rolü

Dünya fosil yakıtlardan uzaklaşmasını hızlandırdığı için, hidrojenin kullanımı noktasında sıfır yakıt üreterek, hidrojenin ürettiği enerji verimliliğine bağlı olarak, küresel hidrojenin% 95'i, buharlı taşımacılık gibi süreçlerden elde edilen enerji verimliliğine bağlı olarak, bu da önemli CO2 emisyonlarının - yani hidrojenin enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik olarak, enerji verimliliğine ve enerji verimliliğine olan enerji verimliliğine karşı kritik ölçüde daha fazla maliyetle karşı karşıya kaldığına bağlı.

Graphene'yi Anlayın: İki Boyutlu Bir Wonder

Graphene, 2004 yılında Geim ve Novoselov tarafından ilk kez, bu materyalin fiziksel ve kimyasal özellikleri dikkate değer bir setine sahiptir. Özel yüzey alanı 2600 m2/g, bu geleneksel karbon gibi aktif karbon gibi doğal desteklerden daha büyük. Electrons, grafiksel olarak yüksek bir mobilite ile hareket eder, olağanüstü bir iletken yapmak.

Hidrojen üretimi için elektroliz aracılığıyla, katalizörler, yüksek miktarda potansiyele sahip hidrojen atomlarının adsorbatını ve rekombinasyonunu kolaylaştırmalıdır - teorik minimumun ötesinde reaksiyonları yapmak için gerekli ekstra gerilim. Aktif siteler doğrudan bu aşırı aktif bir elektrot grafiğin içine girmesi, mükemmel bir şekilde sabitlenebilir.

Hidrojen Üretimi Challenge: Neden Catalysts Madde

Su basıncının elektrikselleştirilmesi – H2O'yu H2 ve O2'ye geri yükleme – Heyrovsky adım (toplayıcı) veya Tafel'in iki adımını (kimyasal bir hidrojen atomu) birbirine bağlayan, bu adımların verimliliği (projektif bir hidrojen atomu) yüzeyinin serbest enerjisi ile belirlenir.

Neden Graphene Excels bir Catalyst Destek

Aktif bir katalizör olarak hizmet etmenin ötesinde, grafikene'nin birincil rolü birçok sistemde bir scaffold for other catalytic types. its high yüzey alanı, metal nanopartiküllerin yoğun yüklenmesini sağlar, birgglomerasyonu önler ve bir dizi aktif siteyi geliştirir.

Hidrojen Evrimi Reaksiyonu için Grafiksel Olmayan Catalystler

Son on yılda yapılan araştırmalar, grafikene tabanlı HER katalizörlerin birkaç aileyi üretti. Bu malzemelerin özellikleri atom seviyesinde ayarlanabilir, kediolitik davranışların üzerinde eşi benzeri olmayan kontroller sunabilir.

Graphene Oksit ve Graphene Oksit azaltıldı

Grafene oksit (GO), Graphene oksit (GO) tarafından üretilen, oksijenli aktivitenin kimyasal oxidasyonunu, oksijenli gruplarının (örneğin, oksijenli bozuklukların ardındakiler), daha düşük maliyetli ve yasal olmayan gruplar için daha aktif siteler olarak hareket ettirilebilir.

Örneğin, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, {{G H. A.D.'nin son raporundaki {{G H. A. A.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D

Graphene Catalysts

Heteroatom[değiştir | kaynağı değiştir] - Hidrojen (N), boron (B), sufur:3 (S), veya fosfor (P) en çok incelenen grafiksel olmayan bir grafikte, piridinic N (gönetici) ve atom büyüklüğündeki farklar, Nükleeronyum ve spinler için daha fazla yüklenmiştir.

Graphene-Metal Nanocompositler

Bir başka önemli kategori, fikre sahip olmayan metal nanopartiküller ile grafik kaplamalarının dekorasyonudur.Demokrat (Ni), kobalt (Co), demir (Fe), ve alaşımları veya oksitler bol ve ucuzdur, ancak bu metaller nano boyutta ve sertleştirilmiş bir şekilde sabitlenmiş durumda nanoparçacıklı bir çalışma için nanoparçacıklı bir çalışma için desteklenmektedir.

Graphene-Based Catalysts Over Conventional Materials

Grafikte büyüyen ilgi, geleneksel platin ve iridium tabanlı sistemlerin sınırlamalarını ele alan birkaç çekici avantaj tarafından yönlendirilmektedir.

Dışsal Aktif Yüzey Alanları

Grafikteki teorik yüzey alanı (~2630 m2/g) iki kat daha fazla karbon nanotüp ve Pt parçacığından daha büyükdir. Bu, aktif türlerin son derece yüksek yüklemesine izin verir, bu da materyallere mütevazı intrinsic aktiviteye sahip olmasını sağlar.

Üstün Elektrik Davranışı

Graphene'nin yüksek elektrik iletkenliği ohmik kayıplara en aza indirmek, elektrottan aktif sitelere verimli elektron transferini sağlamak. Birçok kompozit katalizörde, grafiken ağ, reaksiyon sitelerinde üretilen elektronlar için bir otoyol olarak çalışır, enerji kayıpları azaltır ve hücre gerilimini geliştirir.

Kimyasal ve Elektrokimya Durability

Sert işletim koşullarından kaynaklanan veya çözülen birçok metal katalizörden farklı olarak (örneğin, alkali veya alkali elektrolitler, yüksek potansiyeller), grafikene son derece istikrarlıdır. Güçlü karbon çerçevesi ticari elektrolitler ve yapısal bozulmalara karşı dirençlidir.

Terorability ve Synergistic Geliştirilmiş

Grafikene'nin özelliklerini doping, hata mühendisliği veya farklı metallerle dekore etme yeteneği, grafikteki desteğin ve aktif faz arasındaki sinerjik etkiler, üst düzey katalizör tasarımının bir göstergesidir. Örneğin, metal nanopartiküller grafikteki kusurların oluşumunu teşvik edebilir, metal nanopartiküller metalin elektronik durumunu modüle edebilirken, metalin bu kooperatif optimizasyonunun bir salon işaretidir.

Maliyet-Effectiveness ve Scalability

Graphene oksit, zaten endüstriyel olarak ölçeklenmiş ıslak kimyasal yöntemleri kullanarak ucuz grafiklerden sentezlenebilir.En düşük maliyetli ve işlevselleşme adımları da ölçeklenebilir. yüksek kaliteli pristine grafiğiene kadar pahalı kalır, kedili hastalar için kullanılan daha mütevazi hatalar ve doping yöntemleri, 2030 yılına kadar pahalı Pt'ı büyük ölçüde gerektirecektir.

Mevcut Araştırma Frontiers ve Notable Developments

Grafik tabanlı HER katalizörler alanı hızla ilerliyor, lider dergilerde düzenli olarak bildirilen atılımlarla. Birkaç yol özellikle umut verici.

Edge-Mühendis ve Kuantum Dot Graphene

Graphene nanoribbons ve karbon kuantum noktaları, metal atomlar olmadan bile olağanüstü bir yüzeysel aktivite olarak ortaya çıktı. -köpektif uçaklardan daha reaktif -Savance kedialitik aktivite. © in Rice University developed a lazer-indüklenen grafiğin köpük, metal atomlar olmadan bile belirgin bir şekilde ortaya çıktı.

Tek-Atom Catalysts on Graphene

Belki de en heyecan verici sınır tek atomik katalizörler kavramıdır (SACs), bireysel metal atomların (örneğin, Ni, Co, Fe) grafikte bildirilen grafiklere sabitlenir:0.Bilimsel ilerlemeler[FLT-C yapısıyla birlikte). Bu katalizörler atom verimliliğini en üst düzeye çıkarır - her atomik bir sitedir.

Üç Boyutlu Graphene Mimarlık

Bireysel grafik levhaları geri çekilmeye eğilimliyken ( etkili yüzey alanını azaltır), pratik elektroliz için kritik olan üç boyutlu (3D) mimarileri, grafiksel hidrojekteler, aerogels veya köpükler erişilebilir yüzey alanını doğrudan bağdaştırmadan koruyabilir, ohmik direnişi azaltır ve baskıya ve gaz balonu serbest bırakmak.

Future Outlook: Lab'dan Gigawatt Scale

Dikkat çekici ilerlemeye rağmen, grafikte katalizör araştırmayı ticari elektrolizerlere karşı yüz yüze getirir. İlki tekrarlanabilirlik: birçok sentez rotaları bir hata türü veya dopant konfigürasyonları üretir ve genellikle mevcut kesintileri kontrol etmek zor olabilir, ancak ticari işlem gereksinimlerine göre yüzlerce mA / cm2.

Bununla birlikte, elektrocatalyst geliştirmede kullanılan birkaç startup ve şirket R&D laboratuvarı zaten asil metal içeriği azaltmak için grafikleren-enhanced elektrotlar ticarileştirmektedir. Örneğin, Graphenea ve ACS Material supplygraphicene oksits gibi şirketler, elektrolitatörleri ve hesaplama modelleme modellerinde kullanılan (en iyileştirici yapılandırmaları) ve hesaplamalı modellemeler, büyük elektrolit yapılandırmaları tahmin etmek için daha iyi bir şekilde test edilir.Eğer bu zorluklar ele alınacaktır.

Sonuç: Graphene'nin Hidrojen Ekonomisindeki Eleştirel Rolü

Grafene, sürdürülebilir hidrojen üretimi için bir temel malzemeye bir laboratuvar merakından evrim geçirmiştir. Olağanüstü yüzey alanı, iletkenlik ve tonability, aktif bir katalizör olarak hizmet etmesine izin verir, metal nanopartiküller veya tek atomik kataliz için bir platformda, araştırmanın yörüngesi pahalı ve az platin-grup metalleri, hidrojen altyapısı ve geçiş metalleri ile yatırım yapan metalleri, grafiksel olarak yeşil hidrojenin maliyetini dramatik bir şekilde azaltır.

Bu hızla gelişen alanla ilgili olanlar için, önde gelen dergileri ([Dönetici:0) Gelişmiş Malzemeler) tarafından belirlenen, [[Uygun ve Çevre Bilimi), [[Ücretsiz elektrolizerler, sürdürülebilir yakıt çözümleri arayışına giren konferanslara katılmak ve konferanslara katılmak gibi büyük bir kilometre taşıyacaktır.