मेसोपोरस टैंटलम ऑक्साइड पर जमा की गई विशेष रूप से डिजाइन की गई इरिडियम नैनोसंरचनाएं चालकता, उत्प्रेरक गतिविधि और दीर्घकालिक स्थिरता को बढ़ाती हैं।
चित्र: दक्षिण कोरिया और अमेरिका के शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन उत्पादन के लिए प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ पानी के किफायती इलेक्ट्रोलाइसिस को सुविधाजनक बनाने के लिए बढ़ी हुई ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया गतिविधि वाले एक नए इरिडियम उत्प्रेरक को विकसित किया है। अधिक जानें
विश्व की ऊर्जा आवश्यकताएँ लगातार बढ़ रही हैं। स्वच्छ और टिकाऊ ऊर्जा समाधानों की खोज में परिवहन योग्य हाइड्रोजन ऊर्जा अपार संभावनाएँ रखती है। इस संदर्भ में, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वॉटर इलेक्ट्रोलाइज़र (PEMWE), जो जल विद्युत अपघटन के माध्यम से अतिरिक्त विद्युत ऊर्जा को परिवहन योग्य हाइड्रोजन ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, ने काफी रुचि आकर्षित की है। हालाँकि, हाइड्रोजन उत्पादन में इसका व्यापक अनुप्रयोग सीमित है, क्योंकि विद्युत अपघटन की एक महत्वपूर्ण घटक, ऑक्सीजन विकास अभिक्रिया (OER) की धीमी गति और इलेक्ट्रोड में इरिडियम (Ir) और रूथेनियम ऑक्साइड जैसे महंगे धातु ऑक्साइड उत्प्रेरकों की उच्च मात्रा की आवश्यकता होती है। इसलिए, PEMWE के व्यापक अनुप्रयोग के लिए लागत प्रभावी और उच्च प्रदर्शन वाले OER उत्प्रेरकों का विकास आवश्यक है।

हाल ही में, दक्षिण कोरिया के ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर चांगहो पार्क के नेतृत्व में एक कोरियाई-अमेरिकी शोध दल ने उन्नत फॉर्मिक एसिड अपचयन विधि के माध्यम से मेसोपोरस टैंटलम ऑक्साइड (Ta2O5) पर आधारित एक नया इरिडियम नैनोस्ट्रक्चर्ड उत्प्रेरक विकसित किया है, जिससे पीईएम जल का कुशल विद्युत अपचयन प्राप्त किया जा सके। उनका शोध 20 मई, 2023 को ऑनलाइन प्रकाशित हुआ था और 15 अगस्त, 2023 को जर्नल ऑफ पावर सोर्सेज के वॉल्यूम 575 में प्रकाशित किया जाएगा। इस अध्ययन के सह-लेखक कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केआईएसटी) के शोधकर्ता डॉ. चाएकयोंग बाइक हैं।
प्रोफेसर पार्क ने बताया, “इलेक्ट्रॉन-समृद्ध आईआर नैनोस्ट्रक्चर को सॉफ्ट टेम्प्लेट विधि और एथिलीनडायमाइन सराउंडिंग प्रक्रिया के संयोजन से तैयार किए गए एक स्थिर मेसोपोरस Ta2O5 सब्सट्रेट पर समान रूप से फैलाया गया है, जिससे एक PEMWE बैटरी में आईआर की मात्रा प्रभावी रूप से 0.3 mg cm-2 तक कम हो जाती है।” यह ध्यान देने योग्य है कि आईआर/Ta2O5 उत्प्रेरक का यह अभिनव डिज़ाइन न केवल आईआर के उपयोग को बेहतर बनाता है, बल्कि इसमें उच्च चालकता और अधिक विद्युत रासायनिक रूप से सक्रिय सतह क्षेत्र भी है।
इसके अतिरिक्त, एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन और एक्स-रे अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी से Ir और Ta के बीच मजबूत धातु-समर्थन अंतःक्रियाओं का पता चलता है, जबकि घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत गणनाएँ Ta से Ir में आवेश स्थानांतरण को इंगित करती हैं, जो O और OH जैसे अधिशोषकों के मजबूत बंधन का कारण बनता है और OOP ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान Ir(III) अनुपात को बनाए रखता है। इसके परिणामस्वरूप Ir/Ta2O5 की गतिविधि में वृद्धि होती है, जिसका ओवरवोल्टेज 0.385 V है, जबकि IrO2 का ओवरवोल्टेज 0.48 V है।
टीम ने उत्प्रेरक की उच्च OER गतिविधि को प्रयोगात्मक रूप से भी प्रदर्शित किया, जिसमें 10 mA cm-2 पर 288 ± 3.9 mV का ओवरवोल्टेज और 1.55 V पर 876.1 ± 125.1 A g-1 की उल्लेखनीय रूप से उच्च Ir द्रव्यमान गतिविधि देखी गई, जो श्री ब्लैक के लिए संबंधित मान के बराबर है। वास्तव में, Ir/Ta2O5 उत्कृष्ट OER गतिविधि और स्थिरता प्रदर्शित करता है, जिसकी पुष्टि झिल्ली-इलेक्ट्रोड संयोजन के 120 घंटे से अधिक के एकल-कोशिका संचालन द्वारा और भी हुई।
प्रस्तावित विधि के दोहरे लाभ हैं: लोड स्तर Ir को कम करना और OER की दक्षता को बढ़ाना। “OER की बढ़ी हुई दक्षता PEMWE प्रक्रिया की लागत-दक्षता को पूरक बनाती है, जिससे इसका समग्र प्रदर्शन बेहतर होता है। यह उपलब्धि PEMWE के व्यावसायीकरण में क्रांति ला सकती है और इसे हाइड्रोजन उत्पादन की मुख्यधारा विधि के रूप में अपनाने में तेजी ला सकती है,” आशावादी प्रोफेसर पार्क का सुझाव है।

कुल मिलाकर, यह विकास हमें टिकाऊ हाइड्रोजन ऊर्जा परिवहन समाधान प्राप्त करने और इस प्रकार कार्बन तटस्थ स्थिति हासिल करने के करीब लाता है।
ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (GIST) के बारे में: ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (GIST) दक्षिण कोरिया के ग्वांगजू शहर में स्थित एक शोध विश्वविद्यालय है। इसकी स्थापना 1993 में हुई थी और यह दक्षिण कोरिया के सबसे प्रतिष्ठित संस्थानों में से एक बन गया है। विश्वविद्यालय विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास को बढ़ावा देने और अंतरराष्ट्रीय एवं घरेलू शोध परियोजनाओं के बीच सहयोग को प्रोत्साहित करने वाले एक सशक्त शोध वातावरण के निर्माण के लिए प्रतिबद्ध है। "भविष्य के विज्ञान और प्रौद्योगिकी का गौरवशाली निर्माता" के आदर्श वाक्य का पालन करते हुए, GIST लगातार दक्षिण कोरिया के शीर्ष विश्वविद्यालयों में शुमार है।
लेखकों के बारे में: डॉ. चांगहो पार्क अगस्त 2016 से ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (जीआईएसटी) में प्रोफेसर हैं। जीआईएसटी में शामिल होने से पहले, उन्होंने सैमसंग एसडीआई के उपाध्यक्ष के रूप में कार्य किया और सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स एसएआईटी से स्नातकोत्तर की उपाधि प्राप्त की। उन्होंने कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के रसायन विज्ञान विभाग से क्रमशः 1990, 1992 और 1995 में स्नातक, स्नातकोत्तर और डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की। उनका वर्तमान शोध नैनोसंरचित कार्बन और मिश्रित धातु ऑक्साइड आधारों का उपयोग करके ईंधन सेल और विद्युत अपघटन में झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली के लिए उत्प्रेरक सामग्री के विकास पर केंद्रित है। उन्होंने अपने विशेषज्ञता के क्षेत्र में 126 वैज्ञानिक पत्र प्रकाशित किए हैं और 227 पेटेंट प्राप्त किए हैं।
डॉ. चाएक्यॉन्ग बाइक कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केआईएसटी) में शोधकर्ता हैं। वे PEMWE OER और MEA उत्प्रेरकों के विकास में शामिल हैं, और वर्तमान में अमोनिया ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरकों और उपकरणों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। 2023 में केआईएसटी में शामिल होने से पहले, चाएक्यॉन्ग बाइक ने ग्वांगजू इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी से ऊर्जा एकीकरण में पीएचडी प्राप्त की थी।
इलेक्ट्रॉन-समृद्ध Ta2O5 द्वारा समर्थित मेसोपोरस इराइड नैनोस्ट्रक्चर ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया की गतिविधि और स्थिरता को बढ़ा सकता है।
लेखक यह घोषणा करते हैं कि उनके कोई ज्ञात प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित या व्यक्तिगत संबंध नहीं हैं जो इस लेख में प्रस्तुत कार्य को प्रभावित कर सकते थे।
अस्वीकरण: AAAS और EurekAlert! EurekAlert! पर प्रकाशित प्रेस विज्ञप्तियों की सटीकता के लिए उत्तरदायी नहीं हैं। किसी भी सहभागी संगठन द्वारा या EurekAlert प्रणाली के माध्यम से जानकारी का कोई भी उपयोग।

यदि आपको अधिक जानकारी चाहिए, तो कृपया मुझे ईमेल भेजें।
ई-मेल:
info@pulisichem.cn
दूरभाष:
+86-533-3149598