การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน การวิจัยพลังงานขั้นสูงและการพัฒนาที่ยั่งยืน เขาตรวจสอบการสังเคราะห์และการใช้อนุภาคนาโนคาร์บอนทังสเตนที่ฝังอยู่ในคอมโพสิตนาโนคาร์บอนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวิวัฒนาการของไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลต์
รูปถ่าย: UPSD/Shutterstock.com
พื้นหลัง
ไฮโดรเจนเป็นพาหะของพลังงานบริสุทธิ์ที่สามารถประณามอุตสาหกรรมหนัก จากวิธีการต่าง ๆ ของการผลิตไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลซิสของน้ำนั้นมีความสมดุลมากที่สุดสำหรับสิ่งแวดล้อม แต่ประสิทธิภาพของมันขึ้นอยู่กับไฟฟ้าที่อำนวยความสะดวกในการตอบสนองของการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน (เธอ) และปฏิกิริยาของวิวัฒนาการของออกซิเจน (OER)
ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แพลตตินัมมีประสิทธิภาพมาก แต่ค่าใช้จ่ายสูงและความพร้อมใช้งานที่ จำกัด ทำให้เกิดทางเลือก ทางเดินโลหะคาร์ไบด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งทังสเตนคาร์ไบด์ (ห้องน้ำ) ปรากฏว่าเป็นผู้สมัครที่มีแนวโน้มเนื่องจากกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาที่แข็งแกร่งและความมั่นคงในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด
การสังเคราะห์วัสดุและลักษณะ
คอมโพสิตนาโนคาร์บอนของ Wolfram ถูกสังเคราะห์โดยใช้เขื่อนเลเซอร์แบบเต้นเป็นจังหวะ (PLD) กระบวนการนี้รวมถึงการระเหยพร้อมกันของเป้าหมายตามทังสเตนซึ่งมีทั้งทังสเตนและทังสเตนคาร์ไบด์และวัตถุประสงค์กราฟิก
การใช้วิธีการนี้ด้วยเป้าหมายสองเท่านักวิทยาศาสตร์ได้สร้างวัสดุไฮบริดด้วยอนุภาคนาโนทังสเตนคาร์ไบด์ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โฟมคาร์บอนอย่างสม่ำเสมอ การฝึกอบรมได้ดำเนินการที่อุณหภูมิห้องในสภาพที่ควบคุมอย่างระมัดระวังโดยใช้เลเซอร์ ND: YAG ทำงานที่ความยาวที่สองของคลื่นฮาร์มอนิกที่ 532 นาโนเมตร
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการก่อตัวที่ซับซ้อนระดับความคล่องแคล่วและเงื่อนไขความดันได้รับการดูแลตลอดกระบวนการ
หลังจากตั้งค่าตัวอย่างการผ่าตัดหลอมจะได้รับการส่งเสริมเพื่อส่งเสริมคาร์บเบิร์ตและการตกผลึกทั้งคู่จำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของไฟฟ้า วัสดุที่ได้นั้นมีลักษณะโดยใช้ X -ray photoelectron spectroscopy (XPS), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) และ X -ray Diffraction (XRD) เพื่อวิเคราะห์สัณฐานวิทยาองค์ประกอบและผลึก
การถ่ายภาพ SEM เปิดเผยโครงสร้างที่มีรูพรุนที่มีพื้นผิวขนาดใหญ่ในขณะที่ XPS ยืนยันว่ามีทั้งเฟสของทังสเตนและคาร์บูเรเตอร์ ข้อมูล XRD แสดงให้เห็นถึงยอดเขาที่ชัดเจนสำหรับทังสเตนคาร์ไบด์โดยมีการออกซิเดชั่นน้อยที่สุดแม้หลังจากการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแบบขยาย
ผลลัพธ์และการอภิปราย
คอมโพสิตที่ถูกรวมได้แสดงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่แข็งแกร่งสำหรับวิวัฒนาการของไฮโดรเจน การกระจายตัวของอนุภาคนาโนคาร์บอนทังสเตนในนาโนฟ็อตถ่านหินที่สร้างเครือข่ายรวมกันซึ่งปรับปรุงกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา
การทดสอบทางเคมีไฟฟ้าได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุทำได้มากกว่า 278 mV ด้วยความหนาแน่นปัจจุบัน 10 mA cm-2พร้อมกับความมั่นคงที่ยอดเยี่ยมในการดำเนินการขยายซึ่งทำให้เขาเป็นผู้สมัครที่แท้จริงสำหรับการใช้งานอุตสาหกรรม
การรวมทังสเตนคาร์ไบด์เข้ากับเมทริกซ์โฟมคาร์บอนไม่เพียง แต่เพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ยังให้เฟรมที่เสถียรซึ่งรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างในระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน พื้นผิวที่สูงของนาโนโฟมได้อำนวยความสะดวกในการมีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กโทรไลต์มากขึ้นปรับปรุงจลนพลศาสตร์ปฏิกิริยาและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของวิวัฒนาการของไฮโดรเจน
การวิเคราะห์ XPS ยืนยันว่าวัสดุยังคงรักษาทั้งระยะโลหะและการดูแลของทังสเตนซึ่งรองรับศักยภาพทางไฟฟ้าที่สูง การค้นพบเหล่านี้ได้รับการอนุมัติเพิ่มเติมจาก XRD ซึ่งระบุว่าทังสเตนคาร์ไบด์ยังคงมีความเสถียรด้วยการเกิดออกซิเดชันน้อยที่สุดแม้หลังจากวัฏจักรเคมีไฟฟ้าที่กว้างขวาง
ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้นของคอมโพสิตคาร์บอน WC/nanofoam สามารถนำมาประกอบกับปัจจัยหลายอย่าง Wolfram Carboning จัดหาสถานที่ที่ใช้งานได้มากกว่าทังสเตนโลหะเพิ่มความเร็วในการทำปฏิกิริยา ทังสเตนโหลดสูงเพิ่มความพร้อมใช้งานของสถานที่เร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ปรับปรุงประสิทธิภาพ
โครงสร้างท่อร้อยสายของนาโนคาร์บอนยังสนับสนุนเฟสโลหะและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่อำนวยความสะดวกนอกจากนี้ยังเพิ่มกิจกรรมของการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน
แอปพลิเคชัน
ในการศึกษานี้เขาเน้นถึงศักยภาพของคอมโพสิต Wolfram-Węgla-Hungary ซึ่งเป็นไฟฟ้าที่ทำกำไรได้และมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ความเสถียรความยืดหยุ่นและประสิทธิภาพของพวกเขาทำให้พวกเขาเป็นทางเลือกที่มีแนวโน้มสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมสนับสนุนความคืบหน้าในเทคโนโลยีพลังงานบริสุทธิ์และนำไปสู่การ decarbonization ทั่วโลก
ทังสเตนเป็นอย่างไรบ้าง?
การอ้างอิงของวารสาร
Chaitoglou S. และใน– (2025) อนุภาคนาโนของทังสเตนคาร์ไบด์ที่ฝังอยู่ในคอมโพสิตคาร์บอนนาโนฟอมสำหรับวิวัฒนาการที่มีประสิทธิภาพของไฮโดรเจนไฟฟ้า ความคืบหน้าในการวิจัยพลังงานและการพัฒนาที่ยั่งยืน– สอง: 10.1002/AESR 2012500016