Ученые выяснили, как серебро ускоряет выработку энергии и водорода
Серебряные наночастицы задействуют разные участки поверхности энергетической ячейки при производстве электричества и водорода. Открытие поможет создавать более эффективные топливные элементы и установки для получения зеленого водорода.
Источник: Наглядное представление о том, как металлические нанокатализаторы стимулируют реакции кислородного обмена на твердооксидных электродах ячейки.
МОСКВА, 8 августа /Новости науки/. Серебряные нанокатализаторы по-разному ускоряют производство электричества и водорода в твердооксидных ячейках. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Environmental Science.
При выработке электричества основная реакция происходит на границе между наночастицами серебра и электродом. В режиме производства водорода главным рабочим участком становится уже поверхность самих наночастиц. Ранее ученые не знали, меняется ли механизм действия катализатора при переключении между двумя режимами.
«Нам удалось не только количественно оценить эффективность нанокатализаторов, но и определить реальные участки реакций и механизмы их работы», — рассказал руководитель исследования профессор У Чхоль Чон.
Исследователи создали модельный электрод с наночастицами одинакового размера, расположенными на строго заданном расстоянии друг от друга. На его поверхность наносили серебро, кобальт, палладий и платину. Сильнее всего кислородные реакции ускоряли наночастицы серебра.
Эксперименты показали, что при производстве электричества скорость реакции возрастала вместе с длиной границы между серебром и электродом. При получении водорода она зависела от общей площади поверхности наночастиц. В первом случае серебро облегчало передачу электронов кислороду, а во втором помогало атомам кислорода соединяться в молекулы и покидать электрод.
Механизм работы катализатора ученые дополнительно проверили с помощью синхротронного излучения и расчетов на атомном уровне. Анализ показал, что наночастицы меняют электронную структуру поверхности электрода и создают условия для более быстрого протекания кислородных реакций.
Предложенный принцип позволит отдельно настраивать поверхность катализатора и границу его контакта с электродом. Это может повысить эффективность распределенных энергетических установок и сократить расход электричества при производстве зеленого водорода.
Твердооксидные ячейки проводят ионы кислорода через твердый электролит. Одно и то же устройство способно вырабатывать электричество из топлива или работать в обратном режиме, используя энергию для получения водорода из воды.
При выработке электричества основная реакция происходит на границе между наночастицами серебра и электродом. В режиме производства водорода главным рабочим участком становится уже поверхность самих наночастиц. Ранее ученые не знали, меняется ли механизм действия катализатора при переключении между двумя режимами.
«Нам удалось не только количественно оценить эффективность нанокатализаторов, но и определить реальные участки реакций и механизмы их работы», — рассказал руководитель исследования профессор У Чхоль Чон.
Исследователи создали модельный электрод с наночастицами одинакового размера, расположенными на строго заданном расстоянии друг от друга. На его поверхность наносили серебро, кобальт, палладий и платину. Сильнее всего кислородные реакции ускоряли наночастицы серебра.
Эксперименты показали, что при производстве электричества скорость реакции возрастала вместе с длиной границы между серебром и электродом. При получении водорода она зависела от общей площади поверхности наночастиц. В первом случае серебро облегчало передачу электронов кислороду, а во втором помогало атомам кислорода соединяться в молекулы и покидать электрод.
Механизм работы катализатора ученые дополнительно проверили с помощью синхротронного излучения и расчетов на атомном уровне. Анализ показал, что наночастицы меняют электронную структуру поверхности электрода и создают условия для более быстрого протекания кислородных реакций.
Предложенный принцип позволит отдельно настраивать поверхность катализатора и границу его контакта с электродом. Это может повысить эффективность распределенных энергетических установок и сократить расход электричества при производстве зеленого водорода.
Твердооксидные ячейки проводят ионы кислорода через твердый электролит. Одно и то же устройство способно вырабатывать электричество из топлива или работать в обратном режиме, используя энергию для получения водорода из воды.
