制造氢的更好解决方案可能只是在表面
氢燃料推动的清洁能源的未来取决于弄清楚如何可靠而有效地分解水。这是因为,即使氢很丰富,它也必须来自另一种含氢的物质,而如今,该物质通常是甲烷气。科学家们正在寻找不使用化石燃料来隔离这种载有能量的元素的方法。例如,这将为氢燃料汽车铺平道路,氢燃料汽车在排气管处仅排放水和温暖的空气。
水或H2O将氢和氧结合在一起。必须从该化合物中分离出分子氢形式的氢原子。该过程取决于一个关键步骤(但通常很慢):氧气释放反应(OER)。OER是从水中释放出分子氧的东西,控制该反应不仅对产氢很重要,而且对包括电池中发现的化学过程在内的各种化学过程也很重要。
由能源部(DOE)阿尔贡国家实验室的科学家领导的一项研究阐明了钙钛矿氧化物的形变质量,钙钛矿氧化物是一种有希望的用于加速OER的材料。钙钛矿氧化物包括所有具有相似晶体结构的化合物。它们通常在A位含有碱土金属或镧系元素(例如La和Sr),在B位含有过渡金属(例如Co),在式ABO3中与氧结合。该研究提供了可用于设计新材料的见解,这些材料不仅可用于制造可再生燃料,而且还可以存储能量。
钙钛矿氧化物可以带来OER,并且它们比铱或钌等贵金属也能便宜。但是钙钛矿氧化物的活性不如这些金属(也就是说,在加速OER时有效),并且它们倾向于缓慢降解。
负责这项研究的阿贡大学材料科学系助理科学家彼得罗·帕帕·洛佩斯(Pietro Papa Lopes)说:“了解这些材料如何具有活性和稳定性对我们来说是一个很大的推动力。” “我们想探索这两种性质之间的关系,以及它们如何与钙钛矿本身的性质联系起来。”
先前的研究集中在钙钛矿材料的整体性质以及它们与OER活性之间的关系。研究人员想知道,这个故事是否还有其他内容。毕竟,与周围环境发生反应的材料表面可能与其余部分完全不同。自然界中到处都有这样的例子:想一想对分的鳄梨,在与空气接触的地方迅速变褐,而内部却保持绿色。对于钙钛矿材料,表面变得不同于块体可能会对我们如何理解其性能产生重要影响。
在将水分解成氢和氧的水电解系统中,钙钛矿氧化物与由水和特殊盐类组成的电解质相互作用,形成使设备运行的界面。当施加电流时,该界面对于启动水分解过程至关重要。洛佩斯说:“材料的表面是如何进行放氧反应的最重要方面:需要多少电压,以及将要产生多少氧气和氢气。”
在电化学循环过程中,镧钴氧化物钙钛矿的表面演变是通过A位溶解和氧晶格演变而发生的,从而形成了一个对氧释放具有活性的非晶膜。信用:阿贡国家实验室
钙钛矿氧化物的表面不仅与材料的其余部分不同,而且还会随时间变化。洛佩斯说:“一旦进入电化学系统,钙钛矿表面就会演化并变成薄的无定形膜。” “它与开始时的材料从来就不完全相同。”
研究人员结合了理论计算和实验来确定钙钛矿材料表面在OER过程中如何演化。为了精确地做到这一点,他们研究了镧钴酸钙钙钛矿,并通过将镧“掺杂”一种更具活性的金属来对其进行调谐。锶被添加到初始材料中的数量越多,其表面形成的速度就越快,并且对OER具有活性-研究人员能够通过透射电子显微镜以原子分辨率观察到这一过程。研究人员发现锶的溶解和钙钛矿中的氧损失正在推动这种无定形表面层的形成,这可以通过使用DOE科学用户设施办公室纳米级材料中心进行的计算建模来进一步解释。
洛佩斯说:“了解钙钛矿为何对OER具有活性的最后一个遗漏是探索电解质中存在的少量铁的作用。” 同一组研究人员最近发现,痕量的铁可以改善其他无定形氧化物表面上的OER。一旦他们确定钙钛矿表面会演变成无定形氧化物,那么就清楚了铁为何如此重要的原因。
Argonne的物理学家彼得·扎波尔(Peter Zapol)说:“计算研究可帮助科学家了解涉及钙钛矿表面和电解质的反应机理。” “我们专注于驱动钙钛矿材料同时具有活性和稳定性趋势的反应机理。这在计算研究中通常不会这样做,而计算研究往往只关注于负责该活性的反应机理。”
研究发现钙钛矿氧化物的表面演变成仅几纳米厚的富钴非晶膜。当电解质中存在铁时,铁有助于加速OER,而富钴膜对铁具有稳定作用,使其在表面保持活性。
结果表明,设计钙钛矿材料的新潜在策略-人们可以想象创建一个两层系统,该系统更加稳定并且能够促进OER。
Lopes说:“ OER是许多过程的一部分,因此在这里的适用性非常广泛。” “了解材料的动力学及其对表面过程的影响是我们如何使能量转换和存储系统更好,更有效和更实惠的方式。”
这项研究在一篇发表的论文中进行了描述,并在《化学学会杂志》的封面上作了重点介绍:“在氧气析出过程中钙钛矿材料表面演化产生的动态稳定的活性位点”。
免责声明:本文由用户上传,与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考,并不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。 如有侵权请联系删除!
-
大众CC作为一款备受关注的中型轿车,凭借其优雅的设计和出色的性能一直吸引着众多消费者的目光。2025款大众CC...浏览全文>>
-
2025款阜阳途锐新车正式上市,凭借其卓越的性能和豪华配置吸引了众多消费者的关注。这款车型以最低售价55 88...浏览全文>>
-
在准备购买一辆汽车之前,了解车辆的落地价格是非常重要的。所谓落地价,是指购车时除了车款之外还需要支付的...浏览全文>>
-
安徽淮南地区的长安启源E07作为一款备受关注的新能源车型,凭借其时尚的设计、丰富的配置以及出色的续航能力,...浏览全文>>
-
安徽淮南长安启源A05 2025款新车现已正式上市,这款车型以其高性价比和出色性能吸引了众多消费者的关注。作为...浏览全文>>
-
安徽阜阳地区的威然车型在近期进行了配置上的升级,对于想要购买这款MPV的消费者来说,这是一个值得关注的消息...浏览全文>>
-
随着汽车市场的不断发展,SUV车型因其宽敞的空间和多功能性受到了越来越多消费者的青睐。作为大众旗下的高端旗...浏览全文>>
-
安徽蚌埠地区想要购买长安启源E07这款新能源汽车的朋友,可以参考以下信息来做出更明智的选择。长安启源E07定...浏览全文>>
-
随着汽车市场的不断发展,2025款安庆高尔夫作为一款备受关注的车型,其价格和配置自然成为消费者热议的话题。...浏览全文>>
-
近期,安徽蚌埠地区的帕萨特车型迎来了新一轮的价格调整,其落地价再次创下新低,吸引了众多消费者的关注。作...浏览全文>>
- 悉尼最后几个年薪低于 10 万美元的郊区
- 2025 年新南威尔士州值得投资的地方
- 揭秘在澳大利亚买房需要多少收入
- 悉尼最后几个年薪低于 10 万美元的郊区
- 昆士兰有望成为澳大利亚房地产强国之一
- MSI 推出首款双模式 4K 曲面电竞显示器
- 飞利浦 Screeneo GamePix 900:在发布前进行预览
- 您会在这个奇怪的电动露营三轮车里露营吗
- Meross 推出支持 Matter 的智能恒温器
- 配备出色 3K OLED 显示屏的 Acer Swift 16 现已降价至史上最低价
- Acer Predator Helios 18 RTX 4080 游戏笔记本电脑 现优惠 725 美元
- VivoX200Pro视频和新样张揭示了200MP蔡司变焦相机的锐利眼睛可以达到多远
- 派对氛围天文爱好者又一次欣赏到极光秀
- iPhone16相机控制按钮有史以来最不苹果的东西
- 贾雷尔夸萨与利物浦签订新合同
- 首款在安兔兔上得分300万的手机拥有非常强大的SoC即将发布
- HumaninMotionRobotics的自平衡XoMotion外骨骼获得加拿大批准用于物理治疗
- 龙宫样本对之前关于富碳小行星形成的观点提出了质疑
- 凯文德布劳内伤情更新曼城球星的伤势进展和可能的回归日期
- 实验室实验表明用核武器轰炸一颗巨大的小行星可以拯救地球