نانوالکترود تجزیه‌کننده آب با الهام از پوسته تخم مرغ ساخته شد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، تولید هیدروژن الکترولیتی با انرژی تجدیدپذیر به‌عنوان روشی سازگار با محیط‌زیست برای بهبود چالش تغییرات اقلیمی در نظر گرفته می‌شود. در مقاله‌ای که محققان در مجله Angewandte Chemie به چاپ رساندند، یک ماده جدید و ارزان برای ساخت الکترود‌ها به‌منظور تولید هیدروژن معرفی شده است که ممکن است امکان تولید هیدروژن را به‌صورت بسیار کارآمد و با صرفه‌جویی در مصرف انرژی فراهم کند. در این الکترود‌ها از نانوکره‌های متخلخل با ساختار هسته‌ای پوسته‌ای از جنس، CoNi ۲ S ۴ استفاده شده که روی سطح آن فسفریزه شده است.

هر دو نیمه واکنش الکترولیز آب، یعنی تولید هیدروژن و اکسیژن، بسیار کند است و به نیروی زیادی احتیاج دارد. الکترود‌های مورد استفاده برای کاتالیز کردن این واکنش، به ویژه آن‌هایی که براساس فلزات گران‌بها هستند، می‌توانند فرایند‌های الکتروشیمیایی را تسریع کرده و بهره‌وری فرآیند را بهبود بخشند. با این حال، استفاده در مقیاس بزرگ با هزینه‌های بالا، محدودیت فراوان و ثبات پایین را به همراه دارد. جایگزین‌ها براساس فلزات فراوان و ارزان برای هر دو نیمه واکنش معمولاً به‌طور رضایت بخشی عمل نمی‌کنند.

تیمی به رهبری شویان گائو (دانشگاه نرمال هنان، چین) و شیونگ ون لو (دانشگاه صنعتی نانیانگ، سنگاپور) یک الکترود جدید، ارزان و چندمنظوره مبتنی بر کبالت (Co) و نیکل (Ni) برای تولید هیدروژن الکتروکاتالیستی ساختند.

برای ساخت این الکترود، نانوکره‌هایی از جنس گلیسرات کبالت-نیکل در معرض ترکیب با سولفیداسیون گرمابی و فسفوریزاسیون فاز گازی قرار می‌گیرند. با این کار ساختاری نانوذره‌ای به‌صورت هسته‌ای پوسته‌ای از کبالت-نیکل-سولفید دوپ شده با فسفر (P-CoNi ۲ S ۴) تشکیل می‌شود. این نانوذرات کره‌های کوچکی با هسته فشرده و پوسته متخلخل با فاصله بین آن‌ها هستند، تقریباً مانند تخم‌مرغی که زرده آن توسط سفیده تخم‌مرغ احاطه شده است و بنابراین پوسته را لمس نمی‌کند.

این ماده می‌تواند به‌عنوان آند یا کاتد مورد استفاده قرار گیرد و فعالیت و ثبات بالایی در تولید هیدروژن و اکسیژن در الکترولیز آب نشان دهد. برای کاهش ولتاژ کلی فرآیند، مفاهیم الکترولیز ترکیبی نیز در حال تحقیق است. به‌عنوان مثال، تولید هیدروژن به جای همراه شدن با تولید اکسیژن، می‌تواند با اکسیداسیون اوره همراه باشد، که به‌طور قابل توجهی به انرژی کمتری نیاز دارد. منابع اوره می‌تواند زباله‌های ترکیبات صنعتی و همچنین فاضلاب بهداشتی باشد. این نانوذرات جدید نیز برای نیمه واکنش چنین فرآیند‌هایی بسیار مفید هستند.