Die Erklärung eines wissenschaftlichen Phänomens ebnet den Weg für eine neue wirtschaftliche Möglichkeit der Wasserstoffspeicherung

Seit Jahrzehnten ist der Wasserstoff-Spillover ein wissenschaftliches Rätsel und fasziniert Forscher in aller Stille mit seinem Potenzial, saubere Energie zu revolutionieren.

Bei dem Phänomen handelt es sich um kleine Metallnanopartikel, die, verankert an thermisch stabilen Oxiden wie Siliziumdioxid, ein merkwürdiges Verhalten zeigen. Die Wasserstoffatome strömen aus dem Metall in das Oxid und bilden so etwas, was Wissenschaftler als „Wasserstoff-Spillover“ bezeichnen.

Obwohl dieses Phänomen erstmals 1964 beschrieben wurde, sind seine wahre Natur und sein Potenzial noch immer rätselhaft. Eine aktuelle Entdeckung aus Penn State hat jedoch etwas Licht auf dieses seit langem bestehende Rätsel geworfen.

Geheimnis gelüftet

Bert Chandler, Professor für Chemie und Chemieingenieurwesen an der Penn State, leitete ein Forschungsteam, das ein Ziel erreichte, das einst als unmöglich galt. Sie haben nicht nur herausgefunden, wie und warum Wasserstoff austritt, sondern auch die erste quantitative Messung dieses komplizierten Prozesses geliefert.

Die in Nature Catalysis veröffentlichten Ergebnisse öffnen die Tür zu einem tieferen Verständnis der Wasserstoffaktivierung und -speicherung und sind vielversprechend für den Sektor der sauberen Energie.

Chandler erklärte, dass das Forschungsteam ein einzigartiges System aus Gold auf Titandioxid einsetzte und so die effiziente und reversible Aufspaltung von Wasserstoffmolekülen in Wasserstoffatome demonstrierte.

Diese Entdeckung ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff bei höheren Temperaturen in atomarer Form, da diese Katalysatoren die Trennung der Wasserstoffmoleküle und die „Anbindung“ der einzelnen Atome an die Katalysatoren ermöglichen.

Auswirkungen auf saubere Energie

Bei Wasserstoff-Spillover-Systemen wird Wasserstoffgas in äquivalente Wasserstoffatome gespalten: Protonen und Elektronen. Bei diesem Prozess lagern sich Protonen an der Oberfläche des Materials an, während Elektronen in das Leitungsband des Halbleiteroxids nahe der Oberfläche eindringen. Diese Entdeckung ebnet den Weg für innovative Anwendungen, einschließlich der Umwandlung dieser Wasserstoffatome in sauberen Kraftstoff und die Speicherung von Wasserstoff.

Das Besondere an dieser Forschung ist die Rolle der Entropie, die eine entscheidende Rolle beim Transport von Atomen vom Metall zum Substrat spielt. Im Gegensatz zu früheren Hypothesen, die davon ausgingen, dass thermische Energie die primäre treibende Kraft sei, entdeckte Chandlers Team, dass Entropie der entscheidende Treiber war, was zu einem differenzierteren Verständnis des Phänomens führte.

„Wir sind jetzt in der Lage zu erklären, wie der Wasserstoff-Spillover funktioniert, warum er funktioniert und was ihn antreibt. Und zum ersten Mal konnten wir es messen, was entscheidend ist“, betonte Chandler die Bedeutung der erzielten Ergebnisse. „Sobald es quantifiziert ist, kann man sehen, wie es sich verändert, man kann verstehen, wie man es kontrolliert und wie man es auf neue Probleme anwendet.“

„Wir hatten großes Glück bei der Wahl des Systems, das wir gewählt haben, weil wir bereits daran interessiert waren, wie Gold als Katalysator wirkt“, erklärte Chandler. „Wir haben keine neue Chemie erfunden, sondern nur die Daten gesammelt. Es hat sechs Jahre gedauert, zu messen und erneut zu messen.“

„Entropie treibt die Diffusion von Wasserstoff an“.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind enorm, insbesondere im Bereich der Entwicklung sauberer Energie. Es ist ein Zeugnis des wissenschaftlichen Prozesses, bei dem Neugier, Ausdauer und rigoroses Experimentieren zu tiefgreifenden Entdeckungen führen können.

„Wissenschaft ist ein sich selbst korrigierender Prozess. Wir wissen seit einiger Zeit von der Existenz von Spillover-Effekten, aber niemand hatte das richtige System gefunden, um dies zu quantifizieren und zu verstehen. Wir haben die Daten gesammelt und herausgefunden, wie wir das Phänomen erklären können. „Es stellt sich heraus, dass das Gleichgewicht der von uns verwendeten Energien nicht immer offensichtlich ist und dass Entropie Dinge antreiben kann, die wir nicht erwarten“, fügte Chandler hinzu.


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Köpfe

Der Artikel „Die Erklärung eines wissenschaftlichen Phänomens ebnet den Weg für eine neue wirtschaftliche Art der Wasserstoffspeicherung“ stammt von Scenari Economici .


Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Mon, 04 Sep 2023 07:00:58 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/la-spiegazione-di-un-fenomeno-scientifico-apre-la-strada-a-un-nuovo-modo-economico-di-stoccare-lidrogeno/ veröffentlicht wurde.