Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Brenselceller: En katalysator med selvforsvar mot oksygen

Brenselceller (Mars 2019).

Anonim

Selv spor av oksygen kan deaktivere molekylær katalysator som er innarbeidet i brenselceller. Følgelig hindret denne ulempe bruken av en slik katalysator basert på overflodige metaller som etterligner det aktive sentrum av naturlig biokatalysator i teknologiske relevante anvendelser. Nå var et team av forskere fra Ruhr-Universität Bochum (RUB), Max-Planck-instituttet for energikonvertering i Mülheim og fra Stillehavs nordvestlige laboratorier i Washington, USA, i stand til å utstyre en slik katalysator med et selvtillit -defense-mekanisme mot molekylært oksygen.

annonse


Et alternativ for knappe og edle katalysatorer

Hydrogen antas å være en av de mest lovende energivektorer i fremtiden. Vanligvis brukes katalysator basert på edle og knappe materialer som platina til bruk i høyeffektive H2 / O2 drevne brenselceller. Et lovende alternativ for dette dyre og begrensende katalysatormaterialet er molekylære katalysatorer basert på overflodige metaller som nikkel og / eller jern, som ligner en etterligning av det aktive sentrum av naturens høyaktive hydrogenaser.

Oksygenskade

En interessant klasse av slike molekylære katalysatorer er DuBois-type-kompleksene. Deres aktive senter består av et sentralt nikkelatom som er koordinert av vedhengende beaser. Disse katalysatorene avslører en høy aktivitet som ligner hydrogenases og deres ligandstruktur kan endres for å muliggjøre katalyse i vandige systemer og tillate kovalent binding til elektrodeflater. "Sistnevnte er av særlig betydning for teknologiske anvendelser, siden immobiliseringen forbedrer ytelsen til et slikt brenselcellesystem", slik det er forklart av prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytical Chemistry, RUB.

En ulempe ved en slik katalysator er deres høye oksygenfølsomhet, som hindret bruken av dette materialet i teknologiske anvendelser i dagens brenselcellesystemer. Imidlertid, i analogi med hydrogenasene, som kan beskyttes ved inkorporering for biokatalysatoren i en oksygenreduserende polymermatrise, var forskerne nå i stand til å transponere dette beskyttelsessystemet også til en DuBois-katalysator.

En polymer gir selvbeskyttelse

For beskyttelse mot oksygen introduserte forskerne en hydrofob og redox-inaktiv polymer som immobiliseringsmatrise for den nikkelkompleksbaserte katalysatoren. Embedningen av katalysatoren i polymermatrisen sikrer dannelsen av to separerte reaksjonslag: et katalytisk aktivt lag nær elektrodeoverflaten og et beskyttelseslag ved polymer / elektrolytgrensesnittet. Det første laget muliggjør en effektiv omdannelse av hydrogen ved elektrodeoverflaten og det andre laget fjerner innkommende oksygen ved grensesnittet og beskytter dermed det aktive laget mot oksygenskader.

Elektriske frakoblede lag

Ifølge Wolfgang Schuhmann, "gir katalysatoren seg selv beskyttelse mot oksygen. For dette bruker katalysatoren elektroner fra hydrogenoksidasjonen i det ytre polymerlaget som deretter brukes til å redusere oksygen ved katalysator-sentrene." Dette blir mulig fordi den utviklede polymermatrisen kobler elektriskt nikkelkatalysatoren i det ytre polymerlaget fra elektrodeoverflaten. Derfor kan alle elektroner som er ekstrahert fra hydrogenoksidasjonen i det ytre laget, brukes til reduksjon av skadelig oksygen ved polymer / elektrolyttgrensesnittet.

Samtidig forhindrer polymeren overføring av elektroner fra det aktive hydrogenoksidasjonslaget ved elektrodeoverflaten til beskyttelseslaget. Dermed overføres alle elektroner fra det aktive laget til elektroden og brukes ikke til beskyttelse. Polymer / katalysatormodifiserte elektroder viste en utmerket langsiktig stabilitet og bemerkelsesverdige strømtettheter som er begge forutsetninger for kraftige brenselceller. De foreslåtte hydrogenoksidasjonselektroder er dermed et lovende alternativ for utvikling av bærekraftige og kostnadseffektive energikonverteringssystemer.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Ruhr-University Bochum . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Alaa A. Oughli, Adrian Ruff, Nilusha Priyadarshani Boralugodage, Patricia Rodríguez-Maciá, Nicolas Plumeré, Wolfgang Lubitz, Wendy J. Shaw, Wolfgang Schuhmann, Olaf Rüdiger. Dual egenskaper av en hydrogenoksidasjon Ni-katalysator innesluttet i en polymer fremmer selvforsvar mot oksygen . Naturkommunikasjon, 2018; 9 (1) DOI: 10, 1038 / s41467-018-03011-7