پیشرفت اخیر در فناوری تصویربرداری به بهینه‌سازی کاتالیست‌ها برای استفاده در فناوری فرآوری سوخت onboard کمک می‌کند. محققان موسسهA*STAR در سنگاپور پایداری نانوکاتالیست‌های مبتنی بر طلا را در واکنش اکسیداسیون ترجیحی مونواکسید کربن در حضور هیدروژن به منظور بهینه‌سازی آنها برای حذف مونواکسید کربن از هیدروژن پیل سوختی، بررسی کرده‌اند.
خالص‌سازی هیدروژن پیل سوختی با نانوکاتالیست جدید
|
پیشرفت اخیر در فناوری تصویربرداری به بهینه‌سازی کاتالیست‌ها برای استفاده در فناوری فرآوری سوخت onboard کمک می‌کند. محققان موسسهA*STAR در سنگاپور پایداری نانوکاتالیست‌های مبتنی بر طلا را در واکنش اکسیداسیون ترجیحی مونواکسید کربن(CO) در حضور هیدروژن (H2) جهت بهینه‌سازی آنها برای حذف مونواکسید کربن از هیدروژن پیل سوختی، بررسی کرده‌اند.
حضور ناخالصی‌های مونواکسیدکربن در گاز هیدروژن می‌تواند بر عملکرد پیل‌های سوختی تأثیر منفی داشته باشد. مطالعه‌های اخیر نشان می‌دهند که نانوذرات طلا می‌توانند بطور مؤثری ناخالصی‌های مونواکسید کربن را از هیدروژن تحت شرایط دما وفشار ملایم حذف‌کنند. درک این پدیده می‌تواند ساخت وسایل نقلیه پیل سوختی که از فناوری فرآوری سوخت onboard استفاده می‌کنند، را تسهیل کند.
متاسفانه نانوذرات طلا بعد از چند ساعت استفاده تمایل به از دست دادن فعالیت کاتالیستی خود دارند. بنابراین اگر دانشمندان بخواهند برای این کار از نانوذرات طلا استفاده کنند، باید بر این مشکل غلبه کنند.
زیّی ژانگ در موسسه علوم مهندسی و شیمیایی A*STAR، مینگ لین در موسسه مهندسی و تحقیقاتی مواد A*STAR و همکاران‌شان تغییر شکل‌های ساختاری مقیاس اتمی دقیقی شناسایی کرده‌اند که می‌تواند کاتالیست‌های نانوذره طلا را فعال و غیرفعال کند؛ یافته‌ای که ممکن است منجر به پیل‌های سوختی هیدروژنی شود که طول عمر طولانی‌تر دارند. این محققان شروع به طراحی کاتالیست اصلاح‌شده‌ای برای واکنش‌های معروف به اکسیداسیون ترجیحی(PROX) کردند.
این راهبرد ناخالصی‌های مونواکسیدکربن را روی کاتالیست‌های فلزی با پایه سرامیکی به دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کند. این گروه در تلاش‌های قبلی خود متوجه شد که پایه‌های مبتنی بر سیلیکا معروف به SBA-15، می‌تواند با جذب انتخابی محصول جانبی (دی‌اکسید کربن) حذف مونواکسید کربن را تقویت کند. این محققان برای طراحی یک کاتالیست PROX جدید از مزیت دیگر مشخصه SBA-15 (یک قالب مزومتخلخل تزیین‌شده بوسیله گروه‌های آمینی انتهایی) استفاده کردند.
این گروه ابتدا برای پراکنده‌کردن مناسب پیش‌ران‌های اکسید مس (II) (CUO) و طلا روی پایه SBA-15 از اصلاح آمینی استفاده کرد. آنها سپس برای ایجاد نانوذرات CuO و طلا روی پایه SBA-15 از عملیات حرارتی استفاده کردند. خلل و فرج بیشمار در SBA-15 و ذرات CuO با همدیگر مانع کلوخه‌شدن نانوذرات طلا (دلیل اصلی غیرفعال شدن کاتالیست) می‌شوند.
این گروه به یک دستاورد بزرگ رسید: با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری بسیار دقیق (HR-TEM) توپوگرافی الکترونی سه‌بعدی کاتالیست خود را بطور موضعی در مقیاس اتمی مشخصه‌یابی ساختاری کرد. این تکنیک‌های تصویربرداری آشکار کردند که سایت‌های فعال این کاتالیست برای بیش از ۱۳ ساعت پایدار باقی می‌مانند.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Catalysis منتشر کرده‌اند. |
