Este mes, investigadores de Universidad de Jyväskylä En Finlandia tuvo mucho éxito. producción de hidrógeno.dirigido por Profesora Karolina Hongala y Profesor titular Marco MelanderDescubrieron que aplicar el potencial eléctrico a Dióxido de titanio (TiO2) La superficie provoca la formación de centros de carga localizados mellados. polarón—Eso estimula directamente la reacción de desprendimiento de hidrógeno aprovechando materiales semiconductores comunes en lugar del raro platino. Este descubrimiento puede reducir seriamente los costos y acelerar la propagación de hidrógeno verde Solución
- OMS: El equipo central de la Universidad de Jyväskylä (Honkala, Melander) junto con colaboradores de varias universidades e institutos de investigación chinos.
- qué: Demuestre que el potencial eléctrico del electrodo induce la formación de polarones en TiO.2Esto permite el desprendimiento de hidrógeno sin necesidad de platino.
- dónde: Se llevaron a cabo modelos teóricos y experimentos de laboratorio en las instalaciones centrales de Finlandia de la Universidad de Jyväskylä, y las investigaciones espectroscópicas se llevaron a cabo en China.
- cuando: Los resultados de la investigación se ven afectados comunicación de la naturaleza este mes
- Por qué: Los catalizadores a base de platino aumentan los costos de capital. corriente eléctricaEl cambio a los semiconductores podría reducir las barreras a la producción a gran escala de combustibles limpios.
Nuevos conocimientos computacionales
Hace unos dos años se lanzaron Melander y Honkala. Teoría funcional de densidad de potencial interno constante (DFT) Esto permite a los científicos, por primera vez, conectar el potencial de un electrodo externo a un modelo a escala atómica de electroquímica de semiconductores. Los métodos tradicionales de DFT no pueden capturar cómo la polarización aplicada distribuye los electrones en la superficie del semiconductor. Con esta actualización, el equipo especuló que entregar un potencial eléctrico negativo capturaría electrones en cada ubicación del titanio. Esto crea polarones que están listos para capturar y reducir protones. Este salto computacional llena un vacío de larga data en el diseño de catalizadores para energía sostenible.
De la computación al experimento
Para apoyar la simulación, los socios chinos lanzan espectroscopía de última generación. Fotoelectroquímica, espectroscopia Raman. Realice un seguimiento de la huella digital de vibración del Polaron en condiciones de trabajo mientras Espectroscopia de resonancia electrónica in situ. y Espectroscopia operandofotoelectrónica Proporciona evidencia viviente de los defectos de carga y el estado electrónico cuando el hidrógeno se divide. Combinadas, estas técnicas confirman que el TiO2 Puede albergar sitios de evolución de hidrógeno. sin usar platino
Impacto económico y sostenibilidad
Reemplazar el platino con dióxido de titanio podría cambiar las reglas del juego para los fabricantes de electrolizadores. Penetrando en uno de los materiales más abundantes de la Tierra. Consejo de investigación finlandésen Fundación Jane y Aatos Erkkoy Fundación de Movilidad de Finlandia Central (Cefmof) Ha apoyado este trabajo con una subvención multimillonaria. Enfatiza la promesa de una economía circular. Recurrir a catalizadores semiconductores no sólo reduce la presión sobre la cadena de suministro de metales preciosos. Pero también reduce el impacto ambiental del desarrollo. Infraestructura de hidrógeno y apoyar esfuerzos más amplios en energía sostenible.
Impacto en el diseño del catalizador.
Durante muchos años, los electrocatalizadores a base de metales se han unido a la amplificación por afinidad. Aumentar la eficiencia en un paso a menudo perjudica a otro. Los investigadores de Jyväskylä lo demuestran aprovechando la creación de polarones en semiconductores. Puede evitar estos compromisos y abrir un nuevo camino hacia una alta actividad. Aunque el mecanismo polarón que desencadena este potencial es un concepto nuevo en electroquímica, el equipo señaló que aún es necesario probar diferentes materiales semiconductores. Si sigues en pie, es posible que veamos aplicada una estrategia similar. Co., Ltd.2 reducción, fijación de nitrógenoy muchos más
pensando en el futuro
Lo siguiente en la agenda es ampliar la red en el mundo de los semiconductores para encontrar otros materiales compatibles con los polarones. e integrar estos conocimientos en el diseño de un prototipo de electrolizador. Al combinar un modelado de primer nivel con una rigurosa verificación espectroscópica, el equipo está creando un nuevo estándar para la investigación de interacciones eléctricas. Esto se debe a que se trata de una competencia global para desplegar costos altamente competitivos. hidrógeno verde Solución más caliente Este método basado en semiconductores puede ser sólo la chispa que encienda una nueva ola de innovación de materiales.
