Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Katalis stabil untuk energi baru – ScienceDaily


Di jalan menuju CO2– ekonomi netral, kita perlu menyempurnakan berbagai macam teknologi – termasuk ekstraksi elektrokimia hidrogen dari air, sel bahan bakar, atau penangkapan karbon. Semua teknologi ini memiliki satu kesamaan: mereka hanya bekerja jika katalis yang sesuai digunakan. Oleh karena itu, selama bertahun-tahun, para peneliti telah menyelidiki bahan mana yang paling cocok untuk tujuan ini.

Di TU Wien dan Comet Center for Electrochemistry and Surface Technology CEST di Wiener Neustadt, tersedia kombinasi unik dari metode penelitian untuk jenis penelitian ini. Bersama-sama para ilmuwan sekarang dapat menunjukkan: Mencari katalisator yang sempurna tidak hanya tentang menemukan bahan yang tepat, tetapi juga tentang orientasinya. Bergantung pada arah pemotongan kristal dan atom mana yang ditampilkannya ke dunia luar pada permukaannya, perilakunya dapat berubah secara dramatis.

Efisiensi atau stabilitas

“Untuk banyak proses penting dalam elektrokimia, logam mulia sering digunakan sebagai katalis, seperti partikel iridium oksida atau platinum,” kata Prof Markus Valtiner dari Institute of Applied Physics di TU Wien (IAP). Dalam banyak kasus, ini adalah katalis dengan efisiensi tinggi. Namun, ada juga poin penting lain yang perlu dipertimbangkan: Stabilitas katalis dan ketersediaan serta daur ulang bahan. Bahan katalis yang paling efisien tidak banyak berguna jika merupakan logam langka, larut dalam waktu singkat, mengalami perubahan kimiawi atau menjadi tidak dapat digunakan karena alasan lain.

Untuk alasan ini, katalis lain yang lebih berkelanjutan menjadi perhatian, seperti seng oksida, meskipun mereka kurang efektif. Dengan menggabungkan metode pengukuran yang berbeda, sekarang mungkin untuk menunjukkan bahwa efektivitas dan stabilitas katalis tersebut dapat ditingkatkan secara signifikan dengan mempelajari bagaimana permukaan kristal katalis disusun pada skala atom.

Itu semua tergantung arahnya

Kristal dapat memiliki permukaan yang berbeda: “Bayangkan kristal berbentuk kubus yang kita potong menjadi dua,” kata Markus Valtiner. “Kita dapat memotong kubus lurus di tengah untuk membuat dua kubus. Atau kita dapat memotongnya persis secara diagonal, pada sudut 45 derajat. Permukaan potongan yang kita peroleh dalam dua kasus ini berbeda: Atom yang berbeda terletak pada jarak yang berbeda dari satu sama lain pada permukaan potongan. Oleh karena itu, permukaan ini juga dapat berperilaku sangat berbeda dalam proses kimia. “

Kristal seng oksida tidak berbentuk kubus, tetapi membentuk segi enam seperti sarang lebah – tetapi prinsip yang sama juga berlaku di sini: Sifat-sifatnya bergantung pada susunan atom di permukaan. “Jika Anda memilih sudut permukaan yang tepat, secara mikroskopis lubang segitiga kecil terbentuk di sana, dengan diameter hanya beberapa atom,” kata Markus Valtiner. “Atom hidrogen dapat menempel di sana, proses kimiawi berlangsung yang mendukung pemisahan air, tetapi pada saat yang sama menstabilkan materi itu sendiri.”

Tim peneliti sekarang telah dapat membuktikan stabilisasi ini untuk pertama kalinya: “Pada permukaan katalis, air dipecah menjadi hidrogen dan oksigen. Selama proses ini berlangsung, kami dapat mengambil sampel cairan dan memeriksa apakah mereka mengandung jejak katalisator, “jelas Markus Valtiner. “Untuk melakukan ini, cairan pertama-tama harus dipanaskan dengan kuat dalam plasma dan dipecah menjadi atom-atom individu. Kemudian kita memisahkan atom-atom ini dalam spektrometer massa dan mengurutkannya, elemen demi elemen. Jika katalis stabil, kita hampir tidak menemukan satupun atom dari bahan katalis. Memang, kami tidak dapat mendeteksi adanya dekomposisi bahan pada struktur segitiga atom saat hidrogen diproduksi. ” Efek penstabil ini sangat kuat – sekarang tim bekerja untuk membuat seng oksida lebih efisien dan mentransfer prinsip fisik stabilisasi ini ke bahan lain.

Peluang penelitian unik untuk transformasi sistem energi

Struktur permukaan atom telah dipelajari di TU Wien selama bertahun-tahun. “Di institut kami, struktur segitiga ini pertama kali didemonstrasikan dan dijelaskan secara teoritis bertahun-tahun yang lalu, dan sekarang kami yang pertama menunjukkan pentingnya mereka untuk elektrokimia,” kata Markus Valtiner. “Ini karena kita berada dalam situasi unik di sini untuk dapat menggabungkan semua langkah penelitian yang diperlukan di bawah satu atap – dari persiapan sampel hingga simulasi pada superkomputer, dari mikroskop dalam vakum ultra-tinggi hingga uji praktis dalam lingkungan yang realistis.”

“Kolaborasi dari spesialisasi yang berbeda di bawah satu atap ini unik, dan keuntungan besar kami adalah dapat menjadi pemimpin global dalam penelitian dan pengajaran di bidang ini,” kata Carina Brunnhofer, siswa di IAP.

“Selama sepuluh tahun ke depan, kami akan mengembangkan sistem yang stabil dan layak secara komersial untuk pemisahan air dan pengurangan CO2 berdasarkan perkembangan metodologi dan pemahaman fundamental tentang kimia permukaan dan fisika,” kata Dominik Dworschak, penulis pertama studi yang baru-baru ini diterbitkan. “Namun, setidaknya penggandaan yang berkelanjutan dari keluaran daya saat ini harus dicapai secara paralel,” kata Markus Valtiner. Oleh karena itu, kami berada di jalur yang menarik, di mana kami hanya akan mencapai target iklim kami melalui penelitian dan pengembangan lintas sektor yang konsisten.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP