بهبود انتقال هیدروژن در مواد جامد، انرژی پاک جدید؟

2 ژوئن 2021 توسط دانشگاه کیوتو

محققان با استفاده از آنیون‌های برم، کلر و ید، راهی جدید برای هدایت یون‌های هیدروژن از طریق ساختار بلوری با سرعت بالا حتی در دمای کمتر از 200 درجه یافتند. اعتبار: میندی تاکامیا / دانشگاه کیوتو iCeMS

محققان موسسه علوم سلولي دانشگاه كيوتو (iCeMS) رويكردي جديد براي سرعت بخشيدن به اتم‌هاي هيدروژن در حال حركت از طريق يك شبكه بلوري در دماي پايين تر ارائه داده‌اند. آن‌ها یافته‌های خود را در مجله Science Advances گزارش دادند.

هیروشی کاگیاما از iCeMS که این مطالعه را هدایت می‌کند می‌گوید: «بهبود انتقال هیدروژن در مواد جامد می‌تواند به منابع پایدار انرژی منجر شود.»

آنیون‌های هیدروژن با بار منفی می‌توانند خیلی سریع از طریق ماده جامد هیدرید که متشکل از اتم‌های هیدروژن متصل به سایر عناصر شیمیایی است حرکت کنند. این سیستم یک رقیب امیدوار کننده برای انرژی پاک است، اما انتقال سریع فقط در دمای بسیار بالا، بالای 450 درجه سانتیگراد اتفاق می‌افتد. Kageyama و تیمش درک كرده‌اند كه چگونه می‌توان آنیون‌های هیدروژن را با سرعت بیشتری از طریق یک هیدرید در دمای بسیار پایین تر جابه‌جا كرد.

کاگیاما می‌گوید: «در گذشته اعتقاد بر این بود که عامل هدایت یونی بالا در دمای پایین، ایجاد ثبات در فاز دمای بالای ماده با اختلال شیمیایی همراه است.» دانشمندان این کار را با افزودن ترکیبات حاوی اکسیژن به نام اکسید در ساختار انجام می‌دهند. در عوض، کاگیاما و همکارانش ساختاری مرتب را در یک کریستال هیدرید باریم وارد کردند که باعث حرکت سریع آنیون‌های هیدروژن حتی در دمای 200 درجه سانتیگراد شد.

کاگیاما می‌گوید: «دستیابی به رسانایی یونی بالا در دمای پایین با سفارش آنیون‌ها بی سابقه است و ممکن است در آینده برای هادی‌های مختلف یونی قابل استفاده باشد.»

کاگیاما و تیم او با معرفی لایه هایی در هر دو طرف که از هیدروژن متصل به آنیون دیگر تشکیل شده‌اند، ساختار یک هیدرید باریم معمولی را تغییر دادند. با این کار، آن‌ها با استفاده از آنیون‌های برومید، کلرید یا یدید، سه ماده مختلف ساختند. این ساختار منظم‌تری را به ماده اصلی ارائه می‌داد و از تغییر آن از شبکه کاملاً پایدار و متقارن شش ضلعی شکل که معمولاً در دماهای بالا یافت می‌شود، به ساختار خنثی کمتر از نوع orthorhombic جلوگیری می‌کند. آنیون‌های هیدروژن در دمای 200 درجه سانتیگراد خیلی سریع از طریق شبکه سازمان یافته حرکت می‌کنند. این ماده حتی آنیون‌های هیدروژن را در دمای اتاق، البته با سرعت کمتر، هدایت می‌کند.

کاگیاما می‌گوید: «بهبود رسانایی آنیون هیدروژن تا سطح دمای اتاق می‌تواند در دمای پایین دستگاه‌های الکتروشیمیایی مانند سلول‌های سوختی را فعال کرده و راه‌هایی را برای استفاده به عنوان کاتالیزورهای صنعتی یا منابع هیدروژن جامد برای واکنش‌های هیدروژناسیون هموار کند.»

https://techxplore.com