Sweeping Action Of ZSM-5 In Fuel Cells Catalysis
Η ενέργεια είναι βασικό συστατικό της οικονομικής ανάπτυξης και ανάπτυξης και είναι απαραίτητο συστατικό για έναν καλύτερο τρόπο ζωής. Η παγκόσμια ζήτηση για ενέργεια διογκώνεται συνεχώς και αυτό αυξάνει την περιβαλλοντική ρύπανση, καθώς οι τομείς της ενέργειας εξαρτώνται κυρίως από τη χρήση ορυκτών καυσίμων, ειδικά σε αναπτυσσόμενες και υπανάπτυκτες χώρες.
Για να επιδεινωθεί η κατάσταση, τα ορυκτά καύσιμα κάτω από τον φλοιό της γης εξαντλούνται ανησυχητικά με ρυθμό 3% ετησίως. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια επείγουσα αναζήτηση για ένα εναλλακτικό καύσιμο για την κάλυψη της παγκόσμιας ενεργειακής ζήτησης.
Οι κυψέλες καυσίμου είναι μια επιλογή καθώς μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, καθαρά και αποτελεσματικά, μετατρέποντας τη χημική ενέργεια που περιέχεται σε ένα μη ορυκτό καύσιμο σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας απλής χημικής αντίδρασης θετικά φορτισμένων ιόντων υδρογόνου με οξυγόνο ή άλλο οξειδωτικό παράγοντα. Η απόδοση των κυψελών καυσίμου είναι υψηλότερη από αυτή των κινητήρων εσωτερικής καύσης, καθώς οι πρώτες μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με απόδοση περίπου 60% και ακόμη υψηλότερη με τη συμπαραγωγή, ενώ η απόδοση της δεύτερης είναι συνήθως 33-35%.
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να είναι μια πιθανή πηγή ενέργειας με λιγότερη ρύπανση στην ατμόσφαιρα, καθώς πρόσφατη έρευνα ανακάλυψε τρόπους μετατροπής του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας σε αιθανόλη χρησιμοποιώντας φθηνά νανοϋλικά χαλκού με εξαιρετική υψηλή απόδοση περίπου 63%. Αλλά η πλατίνα, η οποία θεωρείται ισχυρός καταλύτης για ηλεκτροοξείδωση στις κυψέλες καυσίμου, έχει πολλά μειονεκτήματα.
Ένα πρωταρχικό μέλημα είναι η σπανιότητα και το υψηλό κόστος της πλατίνας και ένα άλλο είναι η επιτόπια κάλυψη της μεταλλικής επιφάνειας από ανθρακούχα παραπροϊόντα που μειώνουν τις ενεργές θέσεις που είναι διαθέσιμες για να καταλύουν αντιδράσεις κυψελών καυσίμου. Ο ZSM-5, ένας κοινός ζεόλιθος, μπορεί να αποτελέσει λύση στα δύο κύρια προβλήματα χρήσης της πλατίνας.
Τα νανοσωματίδια πλατίνας που υποστηρίζονται από ζεόλιθους ως συν-καταλύτης, βρέθηκε ότι είναι καλύτεροι ηλεκτροκαταλύτες. Το πυρίτιο σε πλαίσιο ζεόλιθου και η τροποποίηση της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης της πλατίνας αυξάνει την ηλεκτροκαταλυτική απόδοση. Η χαμηλότερη πυκνότητα ηλεκτρονίων σθένους σε ηλεκτρόδια τροποποιημένα με ζεόλιθο από εκείνη της καθαρής πλατίνας είχε ως αποτέλεσμα μικρότερη συγκέντρωση απορροφημένου άνθρακα και υψηλότερη ηλεκτροκαταλυτική απόδοση.
Το πυρίτιο και η αλουμίνα στο ZSM-5 μπορούν να διευκολύνουν τον καθαρισμό της επιφάνειας του καταλυτικού ηλεκτροδίου επειδή, στην περίπτωση ηλεκτροδίων τροποποιημένων με ζεόλιθο, τα είδη που περιέχουν οξυγόνο στο πλαίσιο αντιδρούν έντονα με το προσροφημένο μονοξείδιο του άνθρακα στην επιφάνεια της πλατίνας για να απελευθερώσουν ενεργές θέσεις για περαιτέρω κατάλυση. Η σαρωτική δράση του ZSM-5 φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Ο μηχανισμός της αντίδρασης ηλεκτροοξείδωσης πάνω από ηλεκτρόδια τροποποιημένα με ζεόλιθο ξεκινά από τη ροή των αντιδρώντων μορίων προς την επιφάνεια του ηλεκτροδίου και την προκύπτουσα προσρόφηση. Στη συνέχεια, το προσροφημένο ενδιάμεσο δίνει μόρια προϊόντος που εκροφούνται από την επιφάνεια του ηλεκτροδίου.
Η τροποποιημένη επιφάνεια ηλεκτροδίου με ζεόλιθο λειτουργεί ως σανίδα πινγκ πονγκ όπου τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα που πέφτουν και ξεπροβάλλουν ως μπάλα του πινγκ πονγκ όπως φαίνεται στην εικόνα στην αρχή.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Electro-oxidation of Methanol and Ethanol Catalyzed by Pt/ZSM-5/C, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Electroanalysis . Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν οι Basu Maan Daas και Susanta Ghosh από το Netaji Subhash Mahavidyalaya, Udaipur, Tripura, Ινδία και το Integrated Science Education &Research Centre, αντίστοιχα.
