ரோடியம் வினையூக்கியின் மின்வினையூக்கி அம்மோனியா தொகுப்பை ஊக்குவித்தல்

சீன அறிவியல் அகாடமியின் ஹெஃபி இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் பிசிகல் சயின்ஸின் (HFIPS) பேராசிரியர். ஜாங் ஹைமின் தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, அம்மோனியாவுக்கு உயர் செயல்திறன் கொண்ட மின்வினையூக்கி நைட்ரஜனுக்கான (N₂) டோடெகனெதியோல்-மாற்றியமைக்கப்பட்ட உலோக ரோடியம் (Rh) கண்டுபிடித்ததாக அறிக்கை அளித்துள்ளது.

குழுவின் கூற்றுப்படி, இந்த ஆய்வில் அவர்கள் பயன்படுத்திய இடைமுக பொறியியல் அணுகுமுறை, சுற்றுப்புற நிலைமைகளின் கீழ் அம்மோனியா தொகுப்புக்கான திறமையான நைட்ரஜன் குறைப்பு எதிர்வினை (NRR- nitrogen reduction reaction) மின்வினையூக்கிகளை உருவாக்க மிகவும் உதவியாக உள்ளது. தொடர்புடைய முடிவுகள் நானோ ஆராய்ச்சியில் வெளியிடப்பட்டன.

ஹேபர்-போஷ் அம்மோனியா தொகுப்பு செயல்முறையுடன் ஒப்பிடும் போது, ​​தேவைப்படும் எதிர்வினை நிலைமைகள் மற்றும் அதிக ஆற்றல் நுகர்வு, மின்வினையூக்கி NRR அறை வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் மேற்கொள்ளப்படலாம், மேலும் ஹைட்ரஜனின் ஆதாரம் தண்ணீராகும். எனவே, இது முக்கியமான அறிவியல் ஆராய்ச்சி மதிப்பையும் தொழில்துறை பயன்பாட்டு சாத்தியத்தையும் கொண்டுள்ளது.

இருப்பினும், நைட்ரஜனின் இருமுனையல்லாத மற்றும் குறைந்த கரைதிறன் வினையூக்கி மேற்பரப்பில் உறிஞ்சுவதை கடினமாக்குகிறது மற்றும் செயல்படுத்தப்படுகிறது. கூடுதலாக, மின்வினையூக்கிகள் ஒரு இயற்கையான புரோட்டான் மூலமாகும். N₂ உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​நீர்ப் பிரிப்பால் உருவாக்கப்படும் புரோட்டான்கள் குறைவான செயல்படுத்தும் ஆற்றலைக் கொண்டிருக்கின்றன, எனவே எதிர்வினை தளங்கள் புரோட்டான்களால் எளிதில் ஆக்கிரமிக்கப்படுகின்றன. NRR-க்கான செயலில் உள்ள தளங்களின் எண்ணிக்கை குறைக்கப்பட்டது, இதன் விளைவாக அம்மோனியா விளைச்சல் விகிதம் குறைந்தது.

இந்த ஆய்வில், டோடெகனெதியால்-மாற்றியமைக்கப்பட்ட Rh-ஆனது ஒரு எளிதான நிறைவுற்ற டோடெகனெதியால் நீராவி-கட்ட நீர்வெப்ப வினையின் மூலம் குறைந்த வெப்பநிலை பைரோலிசிஸ் செயல்முறை மூலம் புனையப்பட்டது. Rh மேற்பரப்பில் உள்ள ஹைட்ரோபோபிக் டோடெகனெதியோல் மூலக்கூறுகள் ஸ்டீரியோ-தடுப்பு விளைவை உருவாக்கியது, இது நீர் மூலக்கூறுகள் அல்லது H⁺ உலோக மேற்பரப்பில் பரவுவதைத் தடுக்கிறது மற்றும் N₂ உறிஞ்சுதலை எளிதாக்குகிறது, இதனால் NRR தேர்வை மேம்படுத்தப்படுகிறது.

மேலும், அடர்த்தி-செயல்பாட்டு-கோட்பாடு கணக்கீடுகள், டோடெகனெதியோல் மாற்றத்திற்குப் பிறகு மேற்பரப்பு ஹைட்ரஜன் (H*) கவரேஜ் மற்றும் NRR எதிர்வினை ஆற்றல் தடை இரண்டும் குறைந்துவிட்டன, இது NRR செயல்திறனை பெரிதும் மேம்படுத்துகிறது.

இந்த ஆய்வு உலோக-கரிம இடைமுகத்தின் விளைவு மற்றும் மின்வேதியியல் NRR செயல்பாட்டில் H* கவரேஜ் பற்றிய புதிய நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது.

References:

• Jin, M., Zhang, X., Zhang, X., Zhou, H., Han, M., Zhang, Y., & Zhang, H. (2022). Interfacial engineering of metallic rhodium by thiol modification approach for ambient electrosynthesis of ammonia. Nano Research, 1-10.
• Shen, P., Li, X., Luo, Y., Zhang, N., Zhao, X., & Chu, K. (2022). Ultra-Efficient N2 Electroreduction Achieved over a Rhodium Single-Atom Catalyst in Water-in-Salt Electrolyte. Applied Catalysis B: Environmental, 121651.
• Chung, S., Seo, D. H., Choi, M., Mao, X., Du, A., Ham, K., … & Ju, H. (2021). Rhodium-molybdenum oxide electrocatalyst with dual active sites for electrochemical ammonia synthesis under neutral pH condition. Journal of Electroanalytical Chemistry, 896, 115157.
• Li, J., Wei, F., Dong, C., Wang, Z., Xiu, Z., & Han, X. (2021). Recent progress of inorganic metal-based catalysts in electrocatalytic synthesis of ammonia. Materials Today Energy, 21, 100766.
• Wang, H., Mao, Q., Yu, H., Wang, S., Xu, Y., Li, X., & Wang, L. (2021). Enhanced electrocatalytic performance of mesoporous Au-Rh bimetallic films for ammonia synthesis. Chemical Engineering Journal, 418, 129493.