Рентгеновская спектроскопия выявляет активное вещество

Наука

Гидролиз – это химическая реакция, в которой молекулы воды разрывают химические связи. Одним из основных типов является электролиз, который представляет собой использование электричества для разложения воды на кислород и газообразный водород. В этом исследовании ученые использовали ряд специализированных методов для определения структуры и химической активности электрического проводника, участвующего в электролизе. Исследователи использовали метод, называемый резонансной рентгеновской абсорбционной микроскопией, для описания химических изменений вокруг атомов электрода. Это позволило им исследовать электрод и жидкость вокруг него во время приложения электрического потенциала. Затем они могут создать карту химических изменений в процессе электролиза.

Влияние

Расщепление воды на водород и кислород является важным процессом для хранения энергии. Химические превращения, связанные с расщеплением воды, требуют энергии. Исследователи разрабатывают новые электроды, которые более эффективны и экономят энергию. катализатор характеристики. Эта работа демонстрирует атомную структуру и химические механизмы в реальных рабочих условиях, когда электрическое напряжение перестраивает атомные связи и расщепляет молекулу воды. Полученное понимание этого процесса поможет ученым разрабатывать более совершенные электроды.

краткое содержание

Чтобы понять трансформации материалов в реальных условиях работающих систем преобразования энергии, исследователям нужны аналитические инструменты, которые смогут проникать в рабочую среду, не нарушая процесс. Проникающая рентгеновская абсорбционная микроскопия позволяет получить химические карты высокого разрешения. В данной работе рабочий электрод был покрыт слоем жидкой воды. Исследователи сфокусировали яркие высокоэнергетические рентгеновские лучи из синхротронного источника с помощью специальной рентгеновской линзы. Они использовали энергоселективный монохроматор, в котором поглощение рентгеновских лучей зависит от химического состояния атомов в электроде. Рисуя и сравнивая карты, полученные при определенных энергиях, связанных с определенным химическим состоянием, исследователи смогли идентифицировать области с различной химической активностью.

Исследователи нанесли на карту ток электрохимической реакции, физическую структуру и степень окисления кобальта на монокристаллических нанолистах, когда они активно расщепляют воду. Исследователи обнаружили, что состояние кислорода вокруг атомов металла в электроде резко меняется во время электролиза. Наибольшие изменения и места наиболее активной продукции кислорода находились на краях электроосажденных нанолистов. Эта информация позволит инженерам-материалистам настроить химический состав на краях тромбоцитов и потенциально снизить энергетические затраты на производство водорода путем расщепления воды.

финансирование

Исследование финансировалось Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии. Часть этой работы была выполнена на Стэнфордском объединенном предприятии по нанотехнологиям/Стэнфордском предприятии по производству нанотехнологий при поддержке Национального научного фонда. Поддержка оборудования была предоставлена ​​Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук и Программой инновационных исследований малого бизнеса. были сделаны рентгеновские снимки Усовершенствованный источник светапользовательский объект Управления науки Министерства энергетики.