تولید هیدروژن با ساختارهای نانوسوزنی

از تارنمای فیز، تولید کم هزینه و کارآمد هیدروژن گام مهمی در جهت توسعه منابع جایگزین و انرژی پاک است. تقسیم الکتروشیمیایی آب که آن را با استفاده از الکتروکاتالیست به عناصر هیدروژن و اکسیژن تقسیم می‌کند، گزینه‌ای مناسب برای تولید هیدروژن است. به طور معمول، کاتالیزورها مبتنی بر عناصر پر هزینه مانند پلاتین بوده‌اند که استفاده از این فناوری در مقیاس تجاری گسترده را دشوار می‌کند.

محققان در مقاله‌ای با عنوان Highly efficient and stable electrocatalyst for hydrogen evolution by molybdenum doped Ni-Co phosphide nanoneedles at high current densit که به تازگی در نشریه Nano Research منتشر شده است، نشان دادند که چگونه مولیبدن به یک کاتالیزور فسفید نیکل کبالت اضافه می‌شود تا کاتالیست جدیدی برای تولید هیدروژن به دست آید. برای این کار فرآیند هیدروترمال با گرادیان دمایی برای سنتز به کار می‌رود که در آن کاتالیزور تا ۱۰۰ درجه، ۱۵۰ درجه و سپس تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد در طی ۱۰ ساعت گرم می‌شود.

در این فرایند ریزساختار منحصر به فردی ایجاد می‌شود که عملکرد کاتالیزور را بهبود بخشیده و منجر به تولید هیدروژن می‌شود. این فناوری می‌تواند برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ کاربرد داشته باشد.

یوفنگ ژائو استاد دانشکده علوم و انستیتوی انرژی پایدار در دانشگاه شانگهای چین گفت: ترکیب ابتکاری فرآیندهای هیدروترمال و فسفیداسیون، منجر به ساختار میکروکره‌ای می‌شود. این نانوذرات با قطر تقریباً پنج تا ۱۰ نانومتر ساختاری سوزنی شکل را تشکیل می‌دهند که متعاقباً به یک ساختار کروی خودآرایی می‌دهند. نانوسوزن‌ها سایت‌های فعال فراوانی را برای انتقال کارآمد الکترون ارائه می‌دهند و وجود ذرات با اندازه کوچک و زبری میکرو مقیاس باعث تقویت خواص کاتالیستی آن می‌شود.

برای ایجاد این ریزساختار منحصر به فرد، محققان از روشی به نام دوپینگ عنصری استفاده کردند. دوپینگ عنصری افزودن عمدی ناخالصی‌ها به یک کاتالیزور برای بهبود فعالیت آن است. در این مطالعه، مولیبدن (MO) به فسفید نیکل کبالت اضافه شد.

فسفید نیکل کبالت در حال حاضر به دلیل نحوه تعامل یون‌های کبالت و نیکل، عملکرد الکتروکاتالیستی استثنایی دارند. پس از افزودن مولیبدن و سپس با استفاده از یک فرآیند هیدروترمال، این ساختار روی یک فوم نیکل قرار می‌گیرد. پس از این فرآیند، ریزساختار منحصر به فرد نانوسوزنی شکل بر روی فسفید تشکیل می‌شود.