یک مطالعه جدید منتشر شده در مواد طبیعی توسط دانشیار پروفسور Tanja Cuk و همکارانش یک واکنش شیمیایی اساسی - تجزیه آب برای تولید سوخت مولکولی مانند هیدروژن - را روشن می کند. Cuk مدرس دپارتمان شیمی در بولدر، دانشگاه کلرادو و برنامه علوم و مهندسی مواد (MSE) و دانشیار موسسه انرژی های تجدیدپذیر و پایدار (RASEI) است.
هنگامی که آب تحت چنین واکنشی قرار می گیرد، تعدادی مراحل واکنش جداگانه وجود دارد که باید به صورت متوالی انجام شوند. آزمایشگاه Cuk در تعیین زمان این مراحل و در نتیجه جداسازی واکنش های فردی به عنوان بخشی از یک فرآیند گسترده تر تخصص دارد.
او گفت: "این مقاله یکی از مراحل پاسخ را در طول زمان جدا می کند، بنابراین ما می توانیم در مورد انرژی این مرحله گسسته - چقدر قوی یا ضعیف هستند - پیوندهای قبل و بعد - در پاسخ گسترده تر بیاموزیم."
درک انرژی آزاد مورد نیاز برای تشکیل یک ماده شیمیایی، کلید سودمندی آن به عنوان منبع سوخت است. اگر عنصری پیوندهای الکتروشیمیایی ضعیفی داشته باشد، پتانسیل انرژی بالایی دارد زیرا می تواند به راحتی تجزیه شود.
کوک گفت: "مانند کاری که گیاهان به طور طبیعی انجام می دهند، ما در تلاش هستیم تا پیوندهای آب را بشکنیم و پیوندهای اکسیژن را اصلاح کنیم." پروتون های دیگر سوخت هیدروژن می سازند.
کوک و گروهش از یک اثر فتوولتائیک ضربانی برای تولید جریان و تنظیم pH آب برای به دست آوردن محصولات بیشتری از مرحله اول - واسطه های واکنش - با pH بالاتر استفاده کردند. این منحنی ایجاد می کند که از آن می توان تغییر انرژی آزاد در این مرحله واکنش را تعیین کرد.
کوک گفت: "واکنش الکتروشیمیایی توسط بار هدایت می شود." "ما یک الکترود داریم و آن را روشن می کنیم. این انرژی است که در کل واکنش سرمایه گذاری شده است. اما ما نور پالسی منتشر می کنیم، بنابراین می توانیم مراحل مختلف واکنش را به عنوان بخشی از واکنش کلی که سوخت تولید می کند، بشماریم."
از آنجایی که نور خورشید پیوسته است، می تواند مراحل فردی درگیر در یک واکنش شیمیایی را پنهان کند. استفاده از نور پالسی به طور کلی به محققان این امکان را می دهد که به طور تجربی انرژی آزاد مورد نیاز برای هر مرحله واکنش متقابل را تعیین کنند. با این حال، طیف‌سنجی نور پالسی، که معمولاً به عنوان پروب پمپ یا طیف‌سنجی تقسیم زمانی شناخته می‌شود، هنوز باید این نیاز را برآورده می‌کرد.
این کار به طور تجربی تغییر در انرژی آزاد اولین انتقال الکترون ها و پروتون ها از آب به سطح ماده را تعیین کرد. این درک به ویژه برای علم مواد مهم است، زیرا نظریه پردازان از آن برای تشخیص فعالیت کاتالیزورهای جداسازی آب استفاده می کنند. اگر این فرآیند دشوار و پر انرژی باشد، کاتالیزور در تولید سوخت نهایی یعنی هیدروژن کارایی کمتری دارد.
ایلیا وینوگرادوف، عضو فوق دکتری در گروه تحقیقاتی Cuk و RASEI، در ساختن محیط بازتابی انتقالی مشارکت داشت، نرم‌افزار جدید جمع‌آوری داده‌ها را نوشت و به دانشجویان در جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها آموزش داد. فارغ التحصیلان MSE سوریانش سوریانش و هانا لیل داده ها را به دست آوردند و مجموعه داده ها را پردازش کردند. مایکل پائولینو، دانشجوی فارغ التحصیل فیزیک، به جمع آوری آخرین داده ها کمک کرد. وینوگرادوف به تجزیه و تحلیل SVD به رهبری محقق Aritra Mandal کمک کرد و در تجزیه و تحلیل چرخش توضیح داده شده در مقاله مشارکت داشت.
وینوگرادوف گفت: «این مطالعه تأثیرگذار است زیرا معیاری تجربی برای پیش‌بینی‌کننده مهم کارایی مواد نظری - تغییر انرژی آزاد مرحله اول انتقال الکترون - برای کاتالیز جداسازی آب ارائه می‌کند.» "اگر توصیفگر یک ماده با عملکرد دستگاه همبستگی خوبی داشته باشد، می توان به جای اندازه گیری مستقیم عملکرد دستگاه، ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی آن را برای توصیفگر بهینه سازی کرد."
این به محققان اجازه می‌دهد تا مواد مختلف را به‌عنوان کارآمدتر و سریع‌تر ارزیابی کنند و در زمان و هزینه موادی که در غیر این صورت موضوع آزمایش می‌شوند، صرفه‌جویی کنند.
وینوگرادوف گفت: «اگرچه روش ما از نظر عملکرد و دقت هنوز وجود ندارد، یکی از راه‌هایی که در آن یک مبنای آزمایشی محکم‌تر می‌تواند به بهبود استراتژی طراحی متریال کمک کند، شناسایی نواقصی است که نظریه‌پردازان ممکن است از قلم انداخته باشند.» "این می تواند به بهبود دقت پیش بینی توصیفگر کمک کند."
کوک گفت که برخی از این عیوب به سینتیک واکنش یا مدت زمان لازم برای غلتش میانی ها مربوط می شود، نه مستقیماً به انرژی های آزاد در هر مرحله از واکنش.
او گفت: "این برای یک چرخه ذخیره انرژی واقعاً پایدار، که در آن سرعت گردش محصولات مطابق با سرعت ورود پرتوهای نور خورشید است، مهم است." با استفاده از طیف‌سنجی زمان‌بندی شده، می‌توانیم هم انرژی آزاد و هم سرعتی که تولید سوخت را محدود می‌کند به دست آوریم.
نقل قول: گروه تحقیقاتی مرحله واکنشی را جدا می کند که انرژی کاتالیزور روی مواد را توصیف می کند (2021، 16 دسامبر)، استخراج شده در 17 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-group-isolates-reaction -energetics. -catalysis.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- محققان در حال مطالعه مدل صندوق های تامینی برای مشکلات پیچیده اجتماعی هستند
- جت های اشتین دیویس شکل توسط, خانواده, داستان, اعتیاد — به NFL رویای
- دولت می اندازد و انگلستان, فرهنگ و هنر, بخش $2 میلیارد تاسیسات
- Henrik Lundqvist enters Rangers uncertainty with prideful performance
- زبالهها و مواد قابل بازیافت در حالی که Omicron آسیب میزند جمع می‌شوند
- پایدار-سرمایه گذاری جریان را شکست سوابق در سال 2020 است. چه خبر است ؟
- NWSL بازیکنان: جستجوی روح منجر به احساسی سرود لحظه
- نظر: 'رودی نیست یک چیز لعنتی در مقایسه با جک Trice.' ایالت آیووا نام استادیوم برای Trice اما جهان باید او را می دانم.
- گاو rookie دانیل Gafford ریپ بحث برانگیز مربی جیم Boylen: "من نمی خواهم او را"
- خانه تصویب گسترده پلیس اصلاحات بسته است که ممنوعیت chokeholds پایان واجد شرایط ایمنی پس از جورج فلوید مرگ