Rus Skoltech araştırmacıları, atık sudaki üreden temiz hidrojen yakıtı üreten bir kimyasal reaksiyonu hızlandırmak için umut vadeden bir katalizör geliştirdiler. Bu sürecin çeşitli nikel formları tarafından katalize edildiği bilinse de, ekip, nitrojen plazmasıyla işlenmiş, kasıtlı olarak kusurlu karbon nanotüplere yerleştirilmiş bu metalden yapılmış nanotellerin, reaksiyonun agresif alkali ortamına dayanmaya özellikle uygun olduğunu gösterdi.
ENERJİ VE TEMİZLİK BİRARADA
Fosil yakıtların tükenmeye başlamasıyla birlikte temiz enerji depolama yöntemleri öne çıkıyor. Bu yöntemlerin başında gelen hidrojen yakıtı, çeşitli endüstriyel kimyasal reaksiyonlarla üretilebiliyor. Bu reaksiyonlar katalizörlere dayanırken, üre oksidasyonu diğer yöntemlere kıyasla daha az enerji tüketmesi ve aynı zamanda atık su arıtımına katkı sunmasıyla dikkat çekiyor.
Skoltech Nanomalzemeler Laboratuvarı’ndan Aliya Vildanova, katalizörün yapısal olarak optimize edildiğini ve bu sayede zorlu ortamlarda bozulmasının azaltıldığını aktardı. Bu gelişmenin, elektrolizör sistemlerinde uygulanabilir bir alternatif oluşturduğuna dikkat çekildi.
NANOYAPILI KORUMA KALKANI
Ekip, katalizörü korumak için nikeli tek duvarlı karbon nanotüplere yerleştirdi. Silindirik yapıya sahip bu nanotüpler, reaksiyon ortamındaki etkileri minimize etmekte büyük rol oynadı. Bu yöntem, özellikle nikel bazlı sistemler için daha önce üre oksidasyonu bağlamında kullanılmamıştı.
Soy metaller olan platin ve paladyum, hidrojenle ilgili reaksiyonlarda yaygın olarak kullanılsa da, performans açısından sınırlı kalıyor. Nikel ve nikel oksit ise bu süreçlerde daha etkili sonuçlar sunmasına rağmen, zorlu koşullarda bozulma eğilimi gösteriyor. Araştırma ekibi, nikeli nanotüplerin içine yerleştirerek bu sorunun üstesinden gelmeyi başardı.
KUSURLARDAN GÜÇ ALINDI
Yenilikçi bir diğer adım ise, karbon nanotüplerin nikel yerleştirmeden önce azot plazmasıyla işlenmesi oldu. Bu işlem sayesinde nanotüplerin duvarlarında bilinçli olarak kusurlar oluşturuldu. Bu kusurlar, hem daha fazla nikelin nanotüplere girmesini sağlayarak daha uzun nanotellerin oluşmasına yol açtı, hem de katalitik reaksiyonlarda aktif rol oynayarak verimi artırdı.
Araştırmacılar, plazma işlemindeki en uygun parametreleri belirlemek için önce moleküler dinamik simülasyonlara başvurdu, ardından laboratuvar ortamında bu sonuçları deneysel olarak doğruladı.
UZUN ÖMÜRLÜ VERİMLİLİK
Elde edilen sonuçlar, nikel yüklü tek duvarlı karbon nanotüplerin birim kütle başına gösterdiği katalitik aktivitenin, metal köpükler ve diğer nikel formlarına göre oldukça üstün olduğunu ortaya koydu. Yapılan testlerde katalizörün 1.000 çalışma döngüsü sonrası aktivitesinde yalnızca yüzde 2’lik bir azalma gözlemlendi.
