كيف يقوم البلاتين بتحفيز الهيدروجين؟
يتفاعل الهيدروجين والأكسجين تحت تحفيز البلاتين (ليس تفاعل احتراق). بعد التفاعل، يظل البلاتين كما هو دون أي تغيرات كيميائية. لا يمكن إجراء هذا التفاعل في المنزل، لأن معدل التفاعل يعتمد على مساحة سطح البلاتين الأسود والغاز. بشكل عام، تكون كمية البلاتين الأسود والبلاتين في خلايا الوقود صغيرة جدًا، لكن المساحة كبيرة، لذا فإن معدل التفاعل سريع جدًا. يستخدم بشكل أساسي في الأمونيا. العمليات الكيميائية مثل الأكسدة والأكسدة والهدرجة للمركبات غير المشبعة، وإزالة أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والمواد العضوية من الغازات، وهدرجة الألكانات والألكينات، إلخ.
كيف يمتص معدن البلاتين الهيدروجين؟
يعتبر معدن البلاتين من المعادن الانتقالية.
تمتلك معظم المعادن الانتقالية خصائص تحفيزية، والتي يتم تحديدها من خلال حقيقة أن الطبقة الخارجية من الإلكترونات d لذراتها ليست ممتلئة بالكامل. نظرًا لأن طبقة الإلكترون d ليست ممتلئة بالكامل، فإن المعادن الانتقالية لديها القدرة على امتصاص غاز واحد أو أكثر في ظروف الطور الغازي.
يتم طلاء سطح قطب البطارية بطبقة من مسحوق البلاتين الناعم، حيث يتمتع البلاتين بقدرة قوية على امتصاص الغاز وله خصائص مستقرة.
يحفز البلاتين تفاعل الهيدروجين والأكسجين. وفي وجود البلاتين، يمكن للهيدروجين والأكسجين التفاعل عند درجة حرارة الغرفة. وقد تكون الآلية هي أن البلاتين يمكنه امتصاص الهيدروجين وتقليل طاقة تنشيطه.
ما هو المعدن الذي يمكنه تحفيز تحلل الهيدروجين؟
محفز البلاتين (الاسم الإنجليزي platinumcatalyst) هو مصطلح عام للمحفز المصنوع من معدن البلاتين كمكون نشط رئيسي. يستخدم شبكة معدنية من البلاتين أو أسود البلاتين أو البلاتين على حامل مثل الألومينا، وقد يحتوي أيضًا على مكونات محفز مساعد مثل معدن الرينيوم. يستخدم بشكل أساسي في عمليات مثل أكسدة الأمونيا وإصلاح الهيدروكربونات البترولية وأكسدة وهدرجة المركبات غير المشبعة وإزالة أول أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين من الغازات. إنه محفز يستخدم غالبًا في عمليات التفاعلات الكيميائية والبترولية والصناعات الكيميائية.
لماذا يعتبر القطب البلاتيني الأملس جيدًا في تقسيم الماء؟
نظرًا لأن التأثير التحفيزي للقطب الكهربائي يعتمد بشكل أساسي على عاملين: مادة سطح القطب الكهربائي وحالة سطح القطب الكهربائي (خشونة أو نعومة). إن استخدام البلاتين ككاثود لتحليل الماء بالكهرباء سيقلل من الجهد الزائد لتطور الهيدروجين في الكاثود، مما يجعل التفاعل الكهروكيميائي للكاثود أسهل في المتابعة.
المبدأ الأساسي: ينقسم تفاعل الكاثود إلى عمليتين: 1. يتم أولاً اختزال أيونات الماء أو الهيدروجين لإنتاج ذرات الهيدروجين المنتجة في الوسط. هذه الخطوة هي المفتاح لتحديد صعوبة التفاعل. 2. يتم بعد ذلك دمج ذرات الهيدروجين في جزيئات الهيدروجين، وهو غاز الهيدروجين.
يتمتع قطب البلاتين بتأثير امتصاص جيد على ذرات الهيدروجين في المنتج الوسيط، مما يقلل من نشاط ذرات الهيدروجين، وبالتالي يعزز تقدم التفاعل. إذا تم استخدام عمليات معينة، مثل طلاء البلاتين الأسود بالكهرباء، لخشونة سطح القطب لتشكيل حالة متجمدة أو مسامية، فسيكون أداء التحفيز الكهربائي أفضل.
ما هو محفز التحليل الكهربائي للماء؟
يمكن للمحفزات عادةً أن تقلل بشكل كبير من طاقة تنشيط الماء المحلل بالكهرباء، وبالتالي تقلل من الجهد الزائد للماء المحلل بالكهرباء. تحدد جودة المحفز الجهد الإجمالي المطلوب لتحليل الماء بالكهرباء وكفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة هيدروجينية.
على سبيل المثال، تتطلب الخلية الكهربية المكونة من قطبين من الجرافيت عادة جهدًا أكبر من 2 فولت لإنتاج الهيدروجين والأكسجين، لأن الجرافيت ليس محفزًا مثاليًا، بينما تتطلب الخلية الكهربية المكونة من قطبين من الفولاذ المقاوم للصدأ جهدًا يبلغ حوالي 1.6-1.8 فولت لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. الهيدروجين والأكسجين. يعد البحث عن محفزات جديدة لزيادة كفاءة تحويل الطاقة محور اهتمام كبير في مجال الطاقة.
في البيئة الحمضية، يعتبر البلاتين محفزًا لتفاعل تطور الهيدروجين. فهو لا يحتوي تقريبًا على أي جهد زائد ومنحدر تافل صغير جدًا (الجهد الإضافي المطلوب لزيادة التيار بمقدار 10 مرات). إنه محفز مثالي تقريبًا. ومع ذلك، نظرًا لندرة موارد البلاتين من المعادن الثمينة، يبحث العلماء عن بعض المحفزات الرخيصة (كبريتيدات المعادن الانتقالية والكربيدات والفوسفيدات).
أكسيد الإيريديوم هو محفز لتفاعل تطور الأكسجين، لكنه يعتمد أيضًا على الموارد النادرة. في الوقت نفسه، نظرًا للبيئة الحمضية والإمكانات العالية، فإن عددًا قليلًا جدًا من المواد يمكنها إظهار النشاط التحفيزي والاستقرار لتفاعل تطور الأكسجين في نفس الوقت، لذلك لم يتم العثور حتى الآن على بديل لأكسيد الإيريديوم.
في البيئات القلوية، لا يزال أكسيد البلاتين والإيريديوم محفزات جيدة، ولكن بسبب استقرار الأكاسيد والهيدروكسيدات في البيئات القلوية، تتوفر المزيد من الخيارات لمركبات المعادن الانتقالية ذات الأعداد الذرية المنخفضة.
على سبيل المثال، تظهر السبائك القائمة على النيكل نشاطًا تحفيزيًا ممتازًا واستقرارًا لتفاعل تطور الهيدروجين، وتظهر المواد المركبة القائمة على النيكل والحديد وبعض مواد البيروفسكايت نشاطًا تحفيزيًا ممتازًا لتفاعل تطور الأكسجين.
ما هو مبدأ تحفيز البلاتين في خلايا وقود الهيدروجين؟
المبدأ التحفيزي هو أن الهيدروجين يتحلل إلى إلكترونات وأيونات هيدروجين (بروتونات) من خلال محفز (بلاتين) في القطب الموجب لخلية الوقود. تمر البروتونات عبر غشاء تبادل البروتون (غشاء تبادل البروتون) إلى القطب السالب وتتفاعل مع الأكسجين لتتحول إلى ماء وحرارة.
تتدفق الإلكترونات المقابلة من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية. بالنسبة للاستخدام التجاري لخلايا وقود الهيدروجين، فإن أحد أكبر التحديات هو التحكم في التكلفة. تبلغ التكلفة الحالية لمركبات خلايا الوقود حوالي خمسة أضعاف تكلفة السيارات العادية. يسمى مكونها الأساسي غشاء تبادل البروتون. يمكنه فصل الإلكترونات في الهيدروجين إلى بروتونات، ثم تبادلها من القطب الموجب إلى القطب السالب للتفاعل مع الأكسجين لإنتاج الماء والحرارة. وبالمثل، فإن جوهر غشاء تبادل البروتون هو المحفز البلاتين. البلاتين هو معدن ثمين، وهو عادة البلاتين، مادة خواتم الزفاف. من أجل تعزيز التسويق على نطاق واسع، من ناحية، يجب تقليل كمية المحفز، ومن ناحية أخرى، يجب البحث عن مواد بديلة منخفضة التكلفة.
ما هو دور البلاتين في طاقة الهيدروجين؟
في خلية الوقود الهيدروجينية القائمة على البلاتين، يتم دمج الهيدروجين والأكسجين لتوليد الكهرباء، مع كون الماء والحرارة هما النواتج الثانوية الوحيدة. تتفاعل جزيئات الهيدروجين والأكسجين وتتحد من خلال غشاء تبادل البروتون (PEM) المغطى بحفاز من البلاتين.
يعد البلاتين مناسبًا بشكل خاص كمحفز لخلايا الوقود لأنه يسمح للهيدروجين والأكسجين بالتفاعل بمعدل مثالي مع كونه مستقرًا بدرجة كافية لتحمل البيئة الكيميائية المعقدة وكثافة التيار العالية داخل خلية الوقود للعمل بشكل فعال على المدى الطويل.
تشترك خلايا الوقود في العديد من الخصائص التي تتمتع بها البطاريات، مثل التشغيل الهادئ، وعدم وجود أجزاء متحركة، وتفاعل كهروكيميائي ينتج الكهرباء. ومع ذلك، على عكس البطاريات، لا تتطلب خلايا الوقود الشحن ويمكنها العمل إلى أجل غير مسمى عندما يتوفر الوقود. يمكن لخلية الوقود استخدام البطارية كمكون للنظام لتخزين الطاقة الكهربائية التي تولدها.