Дешевый и эффективный катализатор может повысить хранение возобновляемых источников энергии

Подготовка и характеристика отшелушиваемых 1T’-MOS2 NSS.A, схематическая иллюстрация подготовки 1T’-MOS2 NSS из кристаллов KXMOS2 через электрохимическую интеркаляцию (этап 1) и последующее отшелушивание (этап 2).B, C, TEM (B) и атомный силовый микроскоп (AFM) (C) изображения отшелушенных 1T’-MOS2 NSS.C, профили высоты и измеренная толщина 1t’-mos2 NSS (вставки).D, Гистограмма распределения толщины 1T’-MOS2 NSS, измеренную AFM (1,4 нм-это средняя толщина, а 0,4 нм-S.D.).E, Haadf-Stem изображение типичного 1t’-mos2 ns.Соответствующий быстрый шаблон преобразования Фурье показан на вставке.F, XPS-спектры отшелученных 1T’-MOS2 NSS и 2H-MOS2 NSS.Пустые точки и сплошные кривые представляют экспериментальные данные XPS и соответствующие деконволяционные спектры, соответственно.G, Рамановские спектры отшелученных 1T’-MOS2 NSS и 2H-MOS2 NSS.А.У., произвольная единица.Кредит: Природа (2023).Doi: 10.1038/s41586-023-06339-3

Хранение возобновляемой энергии в качестве водорода может скоро стать намного проще благодаря новому катализатору, основанному на отдельных атомах платины.Новый катализатор, разработанный исследователями в городском университете в Гонконге (Cityu) и проверенный коллегами в Имперском колледже Лондона, может быть дешево увеличен для массового использования.

Соавтор профессор Энтони Кусернак из Департамента химии в Империале сказал: «Стратегия британской водородноПроизводство дешевого, простого для повышения и эффективного хранения водорода. Новый электрокатализатор может стать основным участником этого, что в конечном итоге помогает Великобритании достичь своих целей в чистом виде к 2050 году ».

Выработка возобновляемой энергии, из таких источников, как ветер и солнечная энергия, быстро растет.Тем не менее, некоторые из генерируемых энергии должны храниться в случае, когда погодные условия являются неблагоприятными для ветра и солнца.Один из перспективных способов сделать это - сохранить энергию в виде водорода, который можно хранить и транспортировать для последующего использования.

Для этого возобновляемая энергия используется для разделения молекул воды на водород и кислород, а энергия хранится в атомах водорода.Это использует платиновые катализаторы, чтобы стимулировать реакцию, которая расщепляет молекулу воды, которая называется электролизом.Однако, хотя Platinum является отличным катализатором для этой реакции, она дорого и редко, поэтому минимизация его использования важно для снижения стоимости системы и ограничения экстракции платины.

Теперь, в исследовании, опубликованном 13 сентября по своей природе, команда разработала и проверила катализатор, который использует как можно меньше платины, чтобы создать эффективную, но экономически эффективную платформу для расщепления воды.

Ведущий исследователь профессор Чжан Хуа из CityU сказал: «Водород, генерируемый электрокаталитическим расщеплением воды, рассматривается как одна из наиболее перспективных чистых энергий для замены ископаемого топлива в ближайшем будущем, уменьшая загрязнение окружающей среды и тепличный эффект».

Инновация команды включает в себя рассеивание одиночных атомов платины в листе сульфида молибдена (MOS2).Это использует гораздо меньше платины, чем существующие катализаторы, и даже повышает производительность, поскольку платина взаимодействует с молибденом для повышения эффективности реакции.

Выращивание тонких катализаторов на поддержке наносоши позволило команде Cityu создать материалы с высокой точкой.Затем они были охарактеризованы в лаборатории профессора Кусернака в Империале, которая разработала методы и модели для определения того, как работает катализатор.

Императорская команда имеет инструменты для строгого тестирования, потому что они разработали несколько технологий, которые предназначены для использования таких катализаторов.Профессор Кусернак и его коллеги создали несколько компаний на основе этих технологий, включая мощность RFC, которая специализируется на батареях водорода, которые можно улучшить с помощью новых платиновых катализаторов одноатомы.

После того, как возобновляемая энергия хранится в виде водорода, чтобы использовать его в качестве электричества снова, ее необходимо преобразовать с использованием топливных элементов, которые производят водяные пары в качестве побочного продукта реакции с расщеплением кислорода.Недавно профессор Кусернак и его коллеги выявили одноатомный катализатор этой реакции, основанный на железе, а не на платине, который также снизит стоимость этой технологии.

Bramble Energy, еще одна вращающаяся во главе с профессором Кусернаком, проверит эту технологию в своих топливных элементах.Оба катализатора одноатомы-один, помогающий превратить возобновляемую энергию в хранение водорода, а другое помогает выпущению этой энергии в качестве электричества позже-поэтому способны приблизить экономику водорода к реальности.

Больше информации: Zhenyu Shi et al., Фазо-зависимый рост PT на MOS2 для высокоэффективной эволюции H2, природа (2023).Doi: 10.1038/s41586-023-06339-3