IIT Guwahati розробляє матеріал для водневого палива та опріснення води

(MENAFN- AsiaNet News)

Вчені Індійського технологічного інституту Гувахаті розробили новий матеріал, який може генерувати воденьове паливо шляхом електролізу води. Хоча загальний розклад води вимагає термодинамічного потенціалу 1,23 В, цей матеріал демонструє надзвичайно низький надпотенціал реакції утворення водню (HER) всього 12 мВ, перевищуючи показники комерційного електроду Pt/C, що підкреслює його видатну електрокаталітичну здатність.

Крім того, цей самий матеріал також показано, що підтримує опріснення морської води за допомогою сонячної енергії. Результати дослідження опубліковані у престижному журналі Advanced Functional Materials у статті, співавтором якої є професор PK Giri, професор кафедри фізики, разом із його дослідниками Кушиком Гошем і Санджойом Сур Роєм з IIT Гувахаті.

Потреба у сталих рішеннях

Перша проблема пов’язана з зростаючими екологічними пошкодженнями через використання викопного палива. Водень часто називають чистим паливом, оскільки при його використанні єдиним побічним продуктом є вода, і не утворюється CO2. Однак більшість водню, що використовується сьогодні, отримується з викопного палива. Це створює потребу у більш сталих процесах і матеріалах для добування та виробництва водню.

Друга проблема — нестача безпечної питної води. Одним із можливих рішень є опріснення морської води. Однак цей метод є дорогим. Використання сонячного світла для процесу опріснення може бути економічно вигідною альтернативою.

Новий каталізатор на основі MXene

У відповідь команда дослідників з IIT Гувахаті розробила каталізатор на основі MXene, який одночасно ефективно виробляє водень з води та виступає як фотокаталізатор для опріснення. MXene — це група двовимірних матеріалів, відомих своїми високими електропровідними властивостями. Однак звичайні MXene мають відносно малу активну поверхню, що обмежує їх каталізаторні можливості.

Щоб подолати цю проблему, дослідники модифікували матеріал у ультратонкі, стрічкоподібні структури для покращення переносу заряду та збільшення доступної активної поверхні. Вони також додали атоми рутнію у вакантні кисневі сайти в інженерному матеріалі для подальшого підвищення його каталізаторної активності. Вважається, що ця комбінація посилює взаємодію металу з підтримкою, що призводить до значного покращення каталізаторних властивостей.

Команда також провела передове комп’ютерне моделювання, щоб зрозуміти, як ці атомарні модифікації сприяли покращенню роботи. Під час експериментів команда виявила, що інженерний матеріал ефективно каталізує реакцію утворення водню при додатковій невеликій кількості енергії. Матеріал показав кращу продуктивність під імітованим сонячним світлом завдяки своїм чудовим фототермічним властивостям і зберіг стабільність протягом тривалого часу, з мінімальним зниженням ефективності.

Про результати дослідження професор Гірі сказав: «Двовимірний шаруватий матеріал MXene — це дивовижний матеріал із багатофункціональними застосуваннями. Це дослідження демонструє сталий розвиток чистої водневої енергії та рішення для питної води за допомогою дефектного інженерінгу ультратонкого MXene. Завдяки високій продуктивності та покращеній стабільності, розроблений матеріал має потенціал для комерційного використання.»

Застосування у опрісненні морської води

У рамках експериментів MXene інтегрували у спеціально розроблену тривимірну структуру, названу янусярним випарником. Цей пристрій плаває на воді і зменшує втрати енергії, нагріваючи лише поверхневий шар. За стандартних умов сонячного світла він досягав швидкості випаровування приблизно 3,2 кг/м2/год.

Пристрій тестували безперервно протягом п’яти днів у солоній воді без утворення соляних відкладень. Система ефективно видаляла солі та інші забруднення, виробляючи воду, придатну для споживання відповідно до міжнародних стандартів якості води.

Ці результати демонструють потенціал цієї двофункціональної системи для підтримки сонячного опріснення та більш сталого виробництва водню для транспорту, промисловості та зберігання енергії. (ANI)

(Крім заголовка, ця стаття не редагувалася командою Asianet Newsable English і публікується з ліцензованого джерела.)