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(noticias nanowerk) El campo de la energía verde, en rápida evolución, se esfuerza constantemente por mejorar, y los avances recientes en catalizadores de doble átomo tienen el potencial de revolucionar las tecnologías de conversión de energía.
Las tesis centrales
Los avances recientes en catalizadores de dos átomos muestran un potencial significativo para mejorar las tecnologías de conversión de energía, particularmente en sistemas de división de agua.
Estos catalizadores mejoran la cinética y el rendimiento multifuncional de reacciones críticas de división del agua, lo que resulta en una mayor eficiencia y escalabilidad.
Se desarrolló una nueva estrategia de pulverización/sinterización para sintetizar y adaptar especies de cobalto, proporcionando una ruta para preparar varios catalizadores de dos átomos.
Los nuevos catalizadores de doble átomo muestran resultados prometedores en baterías de zinc-aire, demostrando una estabilidad excepcional y capacidades de funcionamiento continuo.
La investigación en curso se centra en mejorar aún más estos catalizadores y probar su rendimiento en diversas condiciones ambientales para aplicaciones amplias.
Investigación
Cuando se buscan alternativas sostenibles a las fuentes de energía basadas en el carbono, la necesidad de tecnologías rápidas, eficientes y escalables es fundamental. Los sistemas de división de agua (WWS) basados en baterías alimentadas por energía solar ofrecen una solución prometedora. Sin embargo, los pasos de respuesta complicados y lentos inherentes a los WWS limitan su escalabilidad para una implementación generalizada.
Investigadores del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de la Academia de Ciencias de China buscaron un diseño mejorado para aumentar la velocidad y la estabilidad de las principales semirreacciones requeridas para la función de alto nivel de los WSS: reacciones de reducción de oxígeno, reacciones de evolución de oxígeno y reacciones de desprendimiento de hidrógeno.
Resulta que los catalizadores de dos átomos que unen catalizadores de nanopartículas de un solo átomo y de aleación/metal ofrecen más oportunidades para mejorar la cinética y el rendimiento multifuncional de las reacciones de reducción/evolución de oxígeno y de evolución de hidrógeno.
Sus resultados fueron publicados en comunicación de la naturaleza (“Desarrollo de una clase de materiales de dos átomos para reacciones catalíticas multifuncionales”).
“Las reacciones de reducción/evolución de oxígeno y de evolución de hidrógeno son reacciones nucleares que implican procesos de acoplamiento de múltiples protones y electrones que son cinéticamente lentos. «Por lo tanto, es urgente desarrollar materiales electrocatalíticos eficientes, estables y de bajo costo para mejorar su eficiencia de conversión», dijo JIANG Heqing, autor correspondiente del estudio.
Los catalizadores de dos átomos (DAC), a diferencia de los catalizadores de un solo átomo (SAC), que tienen solo un átomo metálico por sitio activo, desempeñan un papel fundamental en el campo de la catálisis energética debido a su ventajosa actividad catalítica multifuncional y su mayor utilización de átomos. eficiencia y una interrupción más efectiva de la relación lineal con los intermedios de reacción.
Además, el uso de SAC en sistemas de conversión de energía limitará significativamente la eficiencia de la conversión de energía debido a las barreras de reacción más altas. Los DAC se benefician del efecto sinérgico entre sus átomos metálicos duales, lo que permite una modulación efectiva de los efectos cooperativos entre los sitios activos duales y una reducción significativa en las barreras energéticas requeridas para la reacción. Debido a las ventajas de los DAC, explorar su mecanismo de síntesis a través de estrategias de sinterización a alta temperatura es crucial para avanzar en su fabricación y facilitar las aplicaciones comerciales.
«Informamos sobre una nueva estrategia de pulverización/sinterización para sintetizar y ajustar los estados de configuración de las especies de cobalto (Co) a nivel atómico, desde nanopartículas hasta átomos simples y átomos dobles», dijo HUANG Minghua, otro autor e investigador, que contribuyó al estudio. estudiar.
La estrategia de pulverización/sinterización implica la conversión de cobalto en nanopartículas (atomización), que luego se utilizan mediante el proceso de sinterización para formar especies de un solo átomo (SA) y de dos átomos (DA). Una de las características más impresionantes de esta estrategia y de los resultados de esta investigación son las aplicaciones que puede tener la pulverización catódica/sinterización para producir otros 21 DAC. Todo esto se debe a la observación de cómo se forman estos DAC a través del proceso de pulverización/sinterización. Cuantos más DAC haya, más oportunidades habrá para explorar otras formas de utilizar la energía de manera más sostenible.
Probando las capacidades de Dual Atom Co2norte5 en baterías de zinc-aire mostró resultados prometedores. Las baterías de Zn-aire tuvieron una estabilidad de 800 horas y permitieron la división continua del agua durante más de 1.000 horas seguidas, lo que demuestra el potencial de funcionamiento ininterrumpido incluso durante la noche.
El trabajo sobre los DAC está en curso. «Esta estrategia universal y escalable brinda oportunidades para el diseño controlado de catalizadores de doble átomo multifuncionales eficientes en tecnologías de conversión de energía», dijo JIANG Heqing.
Se pueden llevar a cabo más desarrollos para mejorar aún más las capacidades de los catalizadores bimetálicos. También puede resultar revelador ver cómo se comportan en diferentes circunstancias, como por ejemplo cómo el sistema de división de agua maneja las temperaturas frías o el agua de mar. Cuando estos sistemas se utilizan en condiciones adversas, esto puede crear problemas que deben resolverse y puede dificultar el uso comercial o a gran escala.
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