استفاده از عناصر نادر خاکی در فرایند شکافت آب

تولید هیدروژن پاک از طریق شکافت آب و الکترولیز به دلیل سازگاری با منابع انرژی تجدیدپذیر و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، به عنوان راهکاری پایدار برای تامین انرژی آینده مطرح است اما محدودیت عملکرد الکتروکاتالیز مانع دستیابی به بازده بالا می شود. عناصر نادر خاکی با ویژگی های الکترونیکی و ساختاری منحصر به فرد به عنوان جایگزینی مناسب برای فلزات گرانبها نقش کلیدی در ارتقای کارایی و پایداری کاتالیست ها ایفا می کنند. این عناصر در قالب اکسیدها، فسفات ها، ترکیبات بین فلزی و چارچوب های فلز آلی (MOF) با ایجاد سایت های فعال سطحی، اصلاح ساختار الکترونیکی فلزات انتقالی و بهبود جذب و آزادسازی گونه های واکنش دهنده، فعالیت واکنش تولید هیدروژن (HER) و واکنش تولید اکسیژن (OER) را به طور چشمگیری افزایش می دهند. روش های سنتز متنوع از جمله رسوب دهی الکتریکی، هیدروترمال و هم رسوبی امکان کنترل مورفولوژی، اندازه ذرات، ساختار الکترونیکی و خواص سطحی کاتالیست ها را فراهم کرده و با بهبود انتقال الکترون، افزایش تعداد سایت های فعال و کاهش مقاومت انتقال بار، عملکرد کلی را ارتقا می بخشند. علاوه بر این، استفاده از چارچوب های فلز-آلی و آلیاژهای دوپ شده با عناصر نادر خاکی با اثر هم افزایی در کاهش پتانسیل اضافی و بهبود شیب تافل، فعالیت HER و OER را در محیط های اسیدی و قلیایی بهبود می دهد. مطالعات اخیر نشان داده اند که نانوشیت ها، نانوذرات و نانو هیبریدهای مبتنی بر MOF، NiFe-LDH، کاتالیزورهای دوپ شده با سریم، لانتانوم و ایتریوم با افزایش تراکم سایت های فعال و تسهیل نفوذ واکنش دهنده ها، پتانسیل اضافی پایین، شیب تافل مناسب و پایداری طولانی مدت ارائه می دهند و در نتیجه مصرف فلزات گرانبها را کاهش داده و هزینه فرآیند را کم می کنند؛ بنابراین این مرور چشم اندازی روشن برای توسعه الکتروکاتالیزورهای پایدار، مقرون به صرفه و کارآمد در تولید هیدروژن پاک ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

عناصر نادر خاکی ، الکتروکاتالیز ، شکافت آب ، واکنش تولید هیدروژن (HER) ، واکنش تولید اکسیژن (OER)