Репортаж от Wedoany，Германский центр синхротронного излучения (DESY) под руководством исследовательской группы с использованием источника рентгеновского излучения PETRA III впервые в реальном времени наблюдал процесс формирования оксидного слоя на поверхности платины при контакте с водным электролитом под действием напряжения. Это открытие способствует разработке более долговечных водородных технологий; соответствующие результаты опубликованы в профессиональном журнале Nature Communications.
Платина является ключевым материалом для электролизеров и топливных элементов, ускоряя химические реакции, необходимые для производства водорода или выработки электроэнергии. Однако при высоком напряжении поверхность материала изменяется, и каталитическая активность со временем постепенно снижается. Исследовательская группа применила три взаимодополняющих высокоразрешающих рентгеновских метода для параллельного изучения атомной структуры поверхности платины, толщины оксидного слоя и его химического состава на атомном уровне, отслеживая эти изменения в реальном времени в условиях реальной реакции.
Результаты измерений показывают, что в зависимости от величины напряжения на поверхности платины постепенно образуется тонкий оксидный слой, изменяющий внутреннюю структуру материала. Процесс окисления происходит послойно на атомном уровне, а при высоком напряжении формируется неупорядоченный оксидный слой платины. «Мы наблюдаем баланс между стабильностью и активностью», — отмечает Андреас Штирле (Andreas Stierle), главный научный сотрудник DESY и профессор Гамбургского университета. «Оксидный слой частично защищает поверхность платины от дальнейших потерь вещества, но одновременно снижает эффективность катализатора. Понимание этих процессов имеет решающее значение для разработки более долговечных материалов для электролизеров и топливных элементов».
Леон Якобсе (Leon Jacobse), первый автор статьи, ранее работавший в Центре рентгеновских и нанонаук (CXNS) DESY, отмечает, что ключевой прогресс заключается в сочетании передового синхротронного излучения с проверенными методами фундаментальных электрохимических исследований, что позволяет отслеживать изменения на атомном уровне в ходе реальной реакции. Ведран Вонк (Vedran Vonk) из группы Андреаса Штирле добавляет, что новая комбинация методов позволяет в реальном времени отслеживать структурные изменения катализатора в условиях, приближенных к реальному использованию, напрямую связывая свойства материала с процессами его старения.
Исследователи отмечают, что только точное понимание микроскопических процессов на атомном уровне платины позволит разработать новые подходы для борьбы со старением. Ведран Вонк далее подчеркивает, что это открывает новые возможности для других электрохимических процессов, например, для аккумуляторных технологий, сталкивающихся с аналогичными проблемами старения. Будущие исследования будут сосредоточены на изменениях каталитических материалов, более приближенных к реальному применению, таких как наночастицы платины, в рабочих условиях. Долгосрочная цель — способствовать разработке ресурсосберегающих и более дешевых материалов для электролизеров, продвигая более эффективные и экономичные водородные технологии.
В исследовании приняли участие Центр рентгеновских и нанонаук (CXNS) DESY, Гамбургский университет, Университет Фридриха-Александра Эрланген-Нюрнберг и Университет Юстуса Либиха в Гиссене.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
