Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Разместить статью
Фото: На шероховатых участках катализатора вода расщепляется более эффективно, чем на гладких. MPI-P, лицензия CC-BY-SA
Фото: На шероховатых участках катализатора вода расщепляется более эффективно, чем на гладких. MPI-P, лицензия CC-BY-SA

Метод наблюдения за расщеплением воды на уровне молекул

Новости, обзоры, события

Опубликовано: 07.03.2020

Обновлено: 04.01.2021

 1640

Появилась возможность экспериментально доказать, что на гладких поверхностях расщепление воды происходит с меньшей энергетической эффективностью, чем на поверхности с шероховатостью нанометрового диапазона

Водород рассматривается как энергоноситель будущего. Однако, до сегодняшнего дня существующие методы не могли дать полного преставления о том, как именно происходит электрохимический процесс расщепления воды в молекулярном масштабе на поверхности катализатора. Последнее исследование позволяет наглядно проводить исследования таких процессов в нанометровом масштабе. С помощью детального понимания процесса расщепления воды на поверхности золота в будущем можно было бы значительно упростить разработку энергоэффективных катализаторов.

Хорошо известный со школы эксперимент: если в воде между двумя электродами пропустить электрический ток, то это приведет к образованию водорода и кислорода. Когда этот процесс используется в промышленном масштабе важно, чтобы расщепление воды происходило как можно более эффективно. В дополнение к выбору материала электрода, качество его поверхности также имеет решающее значение. Шероховатые участки поверхности размером всего в несколько нанометров, то есть миллионные доли миллиметра, так называемые реактивные центры, придают электродам особую электрохимическую реактивность.

Предыдущие методы наблюдений не могли предоставить точные данные, чтобы полностью охарактеризовать химические реакции, протекающие в этих реакционных центрах на поверхности электрода, с достаточным пространственным разрешением в реальных условиях, то есть в растворе электролита при комнатной температуре и при наличии напряжения. Ученые разработали новый метод, с помощью которого впервые стало возможным провести исследование процесса расщепления воды на поверхности золота с пространственным разрешением менее 10 нанометров.

«Появилась возможность экспериментально доказать, что на гладких поверхностях расщепление воды происходит с меньшей энергетической эффективностью, чем на поверхности с шероховатостью нанометрового диапазона». «Полученные фотографии помогли отследить каталитическую активность реактивных центров на первых этапах расщепления воды».

Метод представляет собой сочетание нескольких технических подходов. Одной спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской спектроскопии) недостаточно. Отраженный молекулами световой спектр содержит информацию, своего рода химический отпечаток, позволяющий говорить о типе молекулы. Однако, рамановская спектроскопия генерирует очень слабые и, прежде всего, нечеткие сигналы.

Свои результаты ученые опубликовали в известном журнале Nature Communications [1].

По этой причине исследователи объединили рамановскую технологию со сканирующей туннельной микроскопией: сканируя золотой тонкий нанометровый наконечник лазерным светом, рамановский сигнал усиливается в десять раз за счет своего рода антенного эффекта. С одной стороны, это сужает область наблюдения всего до нескольких молекул. С другой стороны, сильный световой фокус приводит к получению пространственного разрешения менее 10 нанометров. Особенностью оборудования является то, что его можно использовать в реальных условиях.

«Было показано, что, когда происходит расщепление воды в шероховатом, то есть в реакционном центре, образуются два разных вида оксида золота, которые становятся важными промежуточными соединениями в процессе отделения атома кислорода от атомов водорода». Благодаря этому исследованию теперь стало возможным получить более точное представление о процессах, происходящих в нанометровом масштабе, на реактивных поверхностях и, таким образом, проводить более успешную разработку более эффективных электрокатализаторов будущего, для которых потребуется меньше энергии для осуществления реакций.

 

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13692-3

 

Источник: MPI für Polymerforschung

20.65%
1 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Корпус реактора ВВЭР-ТОИ перед отправкой в Курск. Изображение: Росатом

Первая отгрузка корпуса реактора ВВЭР-ТОИ для Курской АЭС-2

Обновлено: 18.04.2021
 4152
Цианобактерии, продуцирующие этанол или водород с помощью естественного переноса генов. Фото: Amadeus Bramsiepe, KIT

Цианобактерии произведут топливо и ценные химикаты из солнечного света

Обновлено: 03.09.2021
 1527
Плазменная камера в экспериментальной реакторной установке, в которой 2-киловаттные микроволновые импульсы воздействуют на рециркулирующий раствор карбоксиметилцеллюлозы, заменяющий биомассу. Индукция плазмы в материале приводит к снижению вязкости, связанной с разрывом молекулярных цепей в лигноцеллюлозе. Предоставлено: B. Honnorat, V. Brüser, и J.F. Kolb

Использование плазмы для обработки биомассы в производстве биогаза

Обновлено: 27.09.2020
 827

Комментарии:

Igor Anisimov

Я прочитал статью до конца и обнаружил, что она содержит незаконченные мысли. Не посвящённому человеку он скучна, а для посвящённого не содержит достаточно деталей. Например, говорится о двух типах оксида золота, но не уточняет каких. Оригинал читать не охота, иначе зачем эта статья здесь.

TEPLOKARTA.RU

Благодарю за комментарий. В исследовании говорится, что при расщеплении воды на шероховатых участках поверхности золота происходит «обратимое одновременное образование пространственно-разделенных молекул Au2O3 и Au2O».

Igor Anisimov

А, круто. Если действительно трехвалентный оксид золота образуется, то по традиционным понятиям должно участвовать аж три молекулы воды Н₂О. Если эти три молекулы "присобачиваются" одновременно, то кинетически это маловероятно (в смысле очень редко). А если же по очереди, то вначале образуется Au2O, потом ещё какое-то промежуточное звено, а уж потом Au2O3. Как-то так?

TEPLOKARTA.RU

Думаю, да, вы правы. В исследовании речь идет о различных «объемных видах AuOx, из которых были выделены две наиболее заметные геометрии: Au2O3 и Au2O». «Было предположено, что на более плоских участках образовывается Au2O3, а на острых выступах - Au2O».

Если вы хотите оставить в этой ветке свой комментарий, то, пожалуйста, напишите об этом на странице с контактами

Недавние публикации

Сравнение систем отопления

Системы отопления для частного дома: сравнение теплого пола и радиаторов, преимущества комбинированного подхода

Обновлено: 13.11.2024  226
Центробежные одноступенчатые насосы для сточных вод JETEX KНF/KVF

Центробежные насосы для сточных вод JETEX - обзор

Обновлено: 30.01.2024  1804
Горизонтальный резервуар

Важные критерии при заказе изготовления горизонтальных резервуаров

Обновлено: 29.11.2023  1432

Популярные категории

  • Твердотопливные котлы и печи, камины34
  • Ядерная энергетика6
  • Альтернативная энергия57
  • Водоснабжение и водоотведение23
  • Энергоэффективность и энергосбережение44

Разместить статью

Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

Ссылки:

  • Контакты
  • Разместить статью
  • Конфиденциальность
VK Telegram

© 2024 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

Отправить сообщение об ошибке?

Ошибка:
Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.