چگونه الکتروشیمی برنده فناوری انرژی است
تحقیقات پیشرفته در الکتروشیمی در دانشگاه Jyväskylä نشان داده است که چگونه عوامل مختلف، به ویژه یون های الکترولیت، بر واکنش های الکتروشیمیایی تأثیر می گذارند.
این کار، ترکیبی از رویکردهای نظری و تجربی، به توسعه سلول‌های سوختی کارآمد و راه‌حل‌های انرژی کربن خنثی کمک می‌کند.
چگونه الکتروشیمی برنده فناوری انرژی است تحقیقات جدید در مورد واکنش‌های الکتروشیمیایی، نقش حیاتی یون‌های الکترولیت را برجسته می‌کند و به پیشرفت فناوری‌های انرژی پایدار کمک می‌کند.
واکنش های الکتروشیمیایی در انتقال سبز نقش اساسی دارند.
این واکنش‌ها از جریان الکتریکی و اختلاف پتانسیل برای انجام واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند که امکان اتصال و تحقق انرژی الکتریکی از پیوندهای شیمیایی را فراهم می‌کند.
این شیمی اساس کاربردهای متعددی مانند فناوری هیدروژن، باتری ها و جنبه های مختلف اقتصاد دایره ای است.
پیشرفت ها و بهبود در این فناوری ها مستلزم بینش دقیق در مورد واکنش های الکتروشیمیایی و عوامل مختلف موثر بر آنها است.
مطالعات اخیر نشان داده است که علاوه بر مواد الکترود، حلال مورد استفاده، اسیدیته آن و یون های الکترولیت استفاده شده نیز بر کارایی واکنش های الکتروشیمیایی تأثیر بسیار زیادی دارند.
بنابراین، تمرکز اخیر به مطالعه چگونگی تأثیر رابط های الکتروشیمیایی، یعنی محیط واکنش در الکترود و سطح مشترک الکترولیت نشان داده شده در شکل 1، بر نتیجه واکنش های الکتروشیمیایی تغییر کرده است.
تبدیل دی اکسید کربن
با این حال، درک شیمی سطحی تنها با استفاده از روش های تجربی بسیار دشوار است زیرا آنها بسیار نازک هستند، فقط کسری از نانومتر.
بنابراین محاسبات و نظری بسیار مهم هستند زیرا روشی دقیق برای مطالعه رابط های الکتروشیمیایی در سطح اتمی و به عنوان تابعی از زمان ارائه می دهند.
روش بلند مدت و توسعه تئوری در گروه شیمی دانشگاه Jyväskylä (فنلاند) درک جدیدی را در مورد شیمی رابط های الکتروشیمیایی، به ویژه در مورد اثرات یون الکترولیت ارائه کرده است.
دو مقاله تحقیقاتی اخیر ما بر روی اثرات یون الکترولیت در واکنش‌های کاهش اکسیژن و دی اکسید کربن متمرکز شده‌اند که کارایی سلول‌های سوختی، سنتز پراکسید هیدروژن و تبدیل دی‌اکسید کربن به مواد شیمیایی و سوخت‌های خنثی از کربن را تعیین می‌کنند.
پژوهشگر آکادمی فنلاند مارکو ملاندر از گروه شیمی دانشگاه Jyväskylä.
ترکیب نتایج تجربی و محاسباتی
محققان دانشگاه Jyväskylä با هر دو گروه تجربی و محاسباتی برای درک اثرات الکترولیت همکاری کرده‌اند. این کار اخیراً در مجلات مشهور، Nature Communications و Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است .
در هر دو مطالعه، ما بر روی خواص و تحقیقات بنیادی تمرکز کرده‌ایم که استفاده از آزمایش‌های بسیار دقیق و سخت و ترکیب آنها با آخرین روش‌های شبیه‌سازی را ضروری کرده است.
برای مثال، ما توانستیم برای اولین بار، آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های اثرات ایزوتوپ جنبشی مکانیکی کوانتومی هیدروژن را برای درک واکنش کاهش اکسیژن ترکیب کنیم.
ما همچنین روش‌های محاسباتی پیشرفته‌ای را برای شبیه‌سازی سازمان‌دهی مجدد محلول‌های الکترولیت آبی برای دستیابی به بینش دقیق در مورد تأثیر مشترک آنها بر مکانیسم واکنش ایجاد و به کار بردیم.» ملاندر توضیح می‌دهد.
پیشرفت دانش در علوم الکتروشیمیایی
این تحقیق تصویری اتمی از چگونگی تأثیر الکترولیت ها بر واکنش های الکتروشیمیایی ارائه می دهد.
یکی از مکانیسم های شناسایی شده، تشکیل پیوند بین یون و مولکول واکنش دهنده است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.
ما توانستیم نشان دهیم که هم یون ها ساختار و دینامیک سطح الکترود و آب سطحی را از طریق برهمکنش های غیرکووالانسی کنترل می کنند.
ملاندر توضیح می‌دهد که این برهم‌کنش‌های نسبتا ضعیف، مسیر واکنش، سرعت و گزینش‌پذیری را تعیین می‌کنند و از این رو فعالیت و نتیجه واکنش‌های الکتروشیمیایی را کنترل می‌کنند.
پیامدهای توسعه انرژی های تجدیدپذیر
در حالی که این تحقیق بر جنبه های اساسی سیستم های الکتروشیمیایی متمرکز است، می تواند توسعه فناوری های الکتروشیمیایی بهبود یافته را افزایش دهد.
استفاده از اثرات یون و حلال ممکن است راهی برای تنظیم واکنش پذیری و گزینش پذیری واکنش های الکتروشیمیایی فراهم کند.
به عنوان مثال، الکترولیت را می توان برای هدایت واکنش کاهش اکسیژن به سمت پیل سوختی یا کاربردهای سنتز پراکسید هیدروژن استفاده کرد.
ملاندر می‌گوید، شیمی الکترولیت‌ها نیز روشی مؤثر برای هدایت کاهش دی‌اکسید کربن به سمت محصولات با ارزش و مورد نظر است.
