Filmy w nanoskali rzucają światło na jedną z barier na drodze do przyszłości czystej energii

(Wiadomości Nanowerk) Niekontrolowana korozja może powodować rdzewienie samochodów i rur, burzyć budynki i mosty oraz niszczyć nasze pomniki. Korozja może również uszkodzić urządzenia, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla przyszłości czystej energii. A teraz badacze z Duke University uchwycili ekstremalne zbliżenia tego procesu w akcji. „Badając, jak i dlaczego urządzenia wykorzystujące energię odnawialną z czasem ulegają awariom, być może będziemy w stanie wydłużyć ich żywotność” – powiedział profesor chemii i starszy autor Ivan Moreno-Hernandez. W jego laboratorium w Duke znajduje się miniaturowa wersja jednego z takich urządzeń. Nazywany elektrolizerem, oddziela wodór od wody, wykorzystując energię elektryczną do napędzania reakcji. Kiedy energia elektryczna do elektrolizy pochodzi ze źródeł odnawialnych, takich jak wiatr lub słońce, wytwarzany przez nią wodór jest uważany za obiecujące źródło czystego paliwa, ponieważ do jego wytworzenia nie potrzeba paliw kopalnych i spala się bez wytwarzania dwutlenku węgla powodującego ocieplenie planety . Wiele krajów planuje zwiększyć produkcję tak zwanego „zielonego wodoru”, aby pomóc ograniczyć ich zależność od paliw kopalnych, szczególnie w branżach takich jak hutnictwo i cementowanie. Zanim jednak wodór stanie się głównym nurtem, należy pokonać kilka poważnych przeszkód. Może wyglądać jak ciemna plamka, ale ten maleńki kryształ dwutlenku rutenu – pokazany na zdjęciu w procesie korozji – może być jednym z kluczy do przyszłości czystej energii: zamienia wodę w wodór. Korzystając z technik obrazowania w nanoskali, badacze Duke próbują zrozumieć, dlaczego katalizatory te z czasem ulegają rozkładowi i tracą aktywność. (Zdjęcie: Avery Vigil, Duke University) Problem polega na tym, że elektrolizery do działania wymagają katalizatorów z metali rzadkich, które są podatne na korozję. Po roku działania nie są już takie same jak na początku. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „ Journal of American Chemical Society („Niejednorodność rozpuszczania obserwowana w anizotropowych nanokryształach ditlenku rutenu za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej w fazie ciekłej”), Moreno-Hernandez i jego doktorat. student Avery Vigil zastosował technikę zwaną mikroskopią elektronową z transmisją w fazie ciekłej, aby zbadać złożone reakcje chemiczne zachodzące pomiędzy tymi katalizatorami a ich otoczeniem, które powodują ich rozkład. Być może pamiętasz ze szkoły średniej, że aby wytworzyć wodór, elektrolizer rozkłada wodę na cząsteczki wodoru i tlenu. W bieżącym badaniu zespół skupił się na katalizatorze zwanym dwutlenkiem rutenu, który przyspiesza reakcję z udziałem tlenu w połowie reakcji, ponieważ stanowi to wąskie gardło w procesie. „Zasadniczo poddajemy te materiały testowi warunków skrajnych” – powiedział Vigil. Zaatakowali nanokryształy dwutlenku rutenu za pomocą promieniowania wysokoenergetycznego, a następnie obserwował zmiany wywołane przez kwaśne środowisko wewnątrz komórki. Aby zrobić zdjęcia tak małych obiektów, użyli elektronowy mikroskop transmisyjny, który wystrzeliwuje wiązkę elektronów przez nanokryształy zawieszone w supercienkiej kieszeni cieczy, tworząc poklatkowe obrazy chemii zachodzącej z szybkością 10 klatek na sekundę. Rezultat: nadające się do pulpitu zbliżenia kryształów wielkości wirusa, ponad tysiąc razy cieńszych od ludzkiego włosa, gdy ulegają utlenieniu i rozpuszczaniu w otaczającej je kwaśnej cieczy. „Właściwie jesteśmy w stanie obserwować proces rozpadu tego katalizatora nanoskala uchwałę” – powiedział Moreno-Hernandez. W ciągu pięciu minut kryształy rozpadły się na tyle szybko, że „prawdziwe urządzenie stało się bezużyteczne w ciągu kilku godzin” – powiedział Vigil. Powiększając setki tysięcy razy, filmy ujawniają subtelne defekty w trójwymiarowych kształtach kryształów, które tworzą obszary naprężeń, powodując, że niektóre niszczą się szybciej niż inne. Naukowcy twierdzą, że minimalizując takie niedoskonałości, pewnego dnia będzie możliwe zaprojektowanie urządzeń wykorzystujących energię odnawialną, które będą działać dwa do trzech razy dłużej niż obecnie. „Więc zamiast działać stabilnie przez, powiedzmy, dwa lata, elektrolizer może wytrzymać sześć lat. Może to mieć ogromny wpływ na technologie odnawialne” – powiedział Moreno-Hernandez.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=65008.php