Gelişmiş Hidrojen Evrimi

İçerik Yazarı: Dalya Simay Erbay

Editör: Dalya Simay Erbay

Tasarım: Sudenaz Şencan

Kara, Altyapı ve Ulaştırma Bakanlığı'nın verilerine göre, 2022 yılına kadar yaklaşık 30.000 hidrojenle çalışan araç kayıt altına alınacak; bu, 2018'e göre üç kat artış anlamına geliyor. Ancak ülkede yalnızca 135 hidrojen dolum istasyonu bulunuyor. Hidrojenle çalışan arabaların erişilebilirliğini artırmak ve hidrojeni geçerli bir enerji kaynağı olarak oluşturmak için, hidrojen üretim maliyetinin düşürülmesi ve ekonomik fizibiliteye ulaşılması gerekiyor. Sudan hidrojen üretmekten sorumlu süreç olan elektroliz-hidrojen evriminin verimliliğinin en üst düzeye çıkarılması, bu amaca ulaşmada kritik öneme sahiptir. 

Nanometre boyutunda bir katalizör yüzeyinde çeşitli malzemelerin seçici olarak belirli alanlara bırakılması önemli sorunlar yaratır. İstenmeyen birikimler, katalizörün aktif bölgelerini kısıtlayabilir veya birbirlerinin hareketlerine müdahale edebilir. Bu sorun nikel ve paladyumun aynı malzeme üzerinde aynı anda birikmesini engellemiştir. Nikel suyun parçalanmasını başlatmaktan sorumluyken, paladyum hidrojen iyonlarının hidrojen moleküllerine dönüşümünü kolaylaştırmaktan sorumludur.

Araştırmacılar, 2 boyutlu düz bir nanokristal üzerine yerleştirilen metallerin yerleşimini hassas bir şekilde düzenlemek için benzersiz bir nano reaktör yarattılar. 2D platin nanokristalin farklı yüzeylerini farklı malzemelerle kaplamalarına olanak tanıyan nano ölçekli bir ince biriktirme prosedürü geliştirdiler. Bu yeni teknik, sırasıyla 2D platin nanokristalin düz yüzeyi ve kenarı üzerine paladyum ve nikel nano ince filmlerin art arda biriktirilmesiyle "platin-nikel-paladyum" üç metal hibrit katalizör malzemesinin oluşturulmasıyla sonuçlandı.

Hibrit katalizör, sırasıyla su ayrıştırma ve hidrojen molekülü üretim süreçlerine yardımcı olmak üzere stratejik olarak yerleştirilmiş ayrı nikel/platin ve paladyum/platin arayüzlerine sahiptir. Sonuç olarak, bu iki ayrı prosesin bir arada meydana gelmesi, elektroliz-hidrojen evriminin etkinliğini önemli ölçüde arttırdı.

Çalışmanın sonuçları, üç metal hibrit nano katalizörün standart platin-karbon katalizöre göre 7,9 kat daha fazla katalitik aktiviteye sahip olduğunu gösterdi. Ayrıca yeni katalizör, 50 saatlik reaksiyon süresinden sonra bile yüksek katalitik aktivitesini koruyarak dikkate değer bir stabilite sergiledi. Heteroarayüzler arasındaki işlevsel müdahaleler veya çarpışmalar sorunu böylece ele alındı.