Wielofunkcyjny katalizator do odpornych na zatrucie wodorowych ogniw paliwowych

Anonim

Zapotrzebowanie na ekologiczne paliwa zwiększa się, ponieważ cel polegający na zmniejszaniu zależności od paliw kopalnych staje się powszechnie uznawany. Wodór reprezentuje możliwe zrównoważone źródło paliwa, gdy jest wytwarzany z wody i spalany z tlenem, ponieważ jako produkt uboczny uwalniana jest tylko woda. Trwa intensywne badanie utleniania wodoru w celu uwolnienia energii i wody za pomocą ogniw paliwowych zawierających katalizatory. Jednakże katalizatory stosowane w utlenianiu wodoru na ogół cierpią na zatrucie tlenkiem węgla, który jest obecny jako zanieczyszczenie w komercyjnym gazowym wodorze. Zatem zdolność do utleniania zarówno wodoru, jak i tlenku węgla w tym samym układzie reakcyjnym jest atrakcyjną perspektywą, aby uniknąć zatrucia katalizatorem i zwiększyć wydajność wytwarzania energii z wodoru.

Współpraca prowadzona przez Kyushu University rozwinęła ostatnio katalizator, który może utleniać zarówno wodór, jak i tlenek węgla w zależności od pH układu reakcyjnego. Katalizator naśladuje zachowanie dwóch enzymów: hydrogenazę w środowisku kwaśnym (pH 4-7) i dehydrogenazę tlenku węgla w środowisku zasadowym (pH 7-10). Katalizator jest rozpuszczalnym w wodzie kompleksem zawierającym atomy metalu niklu i irydu o unikalnej strukturze "motylkowej". Naukowcy zbadali zdolność katalizatora do utleniania wodoru i tlenku węgla w mieszaninie 1: 1. Co ważne, byli w stanie wyizolować różne produkty pośrednie w procesach utleniania, aby potwierdzić mechanizmy utleniania wodoru i tlenku węgla przez katalizator.

"Odkryliśmy, że katalizator reaguje z wodorem, tworząc kompleks wodorkowy w warunkach kwaśnych" - mówi pierwszy autor, profesor Seiji Ogo, Wydział Inżynierii / Międzynarodowego Instytutu Badań Energii Węglo-Neutralnej (WPI-I2CNER), Uniwersytet Kyushu. "Ponadto katalizator łatwo koordynuje się z tlenkiem węgla, który utleniono do dwutlenku węgla w warunkach zasadowych."

Zespół zbadał następnie odporność katalizatora na zatrucie tlenkiem węgla w prototypowym ogniwie paliwowym, używając gazów zasilających wodoru, tlenku węgla i mieszaniny 1: 1 tych dwóch. Gęstość mocy ogniwa paliwowego zawierającego katalizator zależała od układu pH i składu gazu zasilającego. Utlenianie wodoru przez katalizator ułatwiano przy niskim pH (warunki kwasowe), a utlenianie tlenku węgla przebiegało szybciej przy wysokim pH (warunki zasadowe); Trendy te dobrze korespondują z zachowaniem obserwowanym dla powiązanych enzymów.

"Zdolność naszego katalizatora do stosowania wodoru i tlenku węgla jako źródeł energii stanowi ważny postęp w technologii wodorowej" - wyjaśnia Ogo.

Przewiduje się, że katalizatory do utleniania wodoru, które są odporne na zatrucie tlenkiem węgla, pozwolą na opracowanie ogniw wodorowych o ulepszonych parametrach, stanowiących kolejny krok na drodze do ostatecznego celu zrównoważonego społeczeństwa.

menu
menu