Het belang van "koolstofneutraliteit" groeit meer dan ooit, aangezien klimaatverandering als gevolg van de opwarming van de aarde zelfs het mensenrecht op leven bedreigt. De Republiek Korea heeft "koolstofneutraliteit tegen 2050" verklaard en spant zich in om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Om koolstofneutraliteit te realiseren, samen met de productie van groene waterstof die de vorming van koolstofdioxide vermindert, is CCU-technologie die gebruikmaakt van reeds gegenereerde koolstofdioxide essentieel.

Om ervoor te zorgen dat deze twee technologieën effectief zijn in het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, moet de gebruikte energie worden verminderd door de activiteit van de wateroxidatie-elektrode te verhogen, die een elektrochemische reactie induceert. Voor dit doel zijn pogingen gedaan om de elektronische structuur van het oppervlak van de katalysator te begrijpen terwijl de reactie voortduurt. Vanwege de moeilijkheid om een ​​experiment uit te voeren in een ultrahoog vacuüm (UHV)-conditie, werd het echter slechts indirect geschat door middel van computerberekeningen.

Bij het Korea Institute of Science and Technology (KIST) ontwikkelden Dr. Hyung-Suk Oh en Dr. Woong Hee Lee van het Clean Energy Research Center en Dr. Keun Hwa Chae van het Advanced Analysis and Data Center een zachte, op röntgenstraling gebaseerde absorptiespectroscopie op basis van een stralingsversneller (10D XAS KIST-bundellijn) voor het eerst in Korea. KIST heeft aangekondigd dat dit onderzoek een nieuwe strategie heeft ontwikkeld om elektroden te fabriceren door observatie en analyse van de elektronische oppervlaktestructuur tijdens de reactie van de wateroxidatie-elektrode die wordt toegepast op "waterstofproductie en omzetting van koolstofdioxide".

Het onderzoeksteam ontdekte dat algemeen kobalt tijdens de reactie werd gereconstrueerd door de elektronische structuur en spintoestanden van het elektrodeoppervlak te meten met behulp van op een versneller gebaseerde zachte röntgenabsorptiespectroscopie onder de UHV-conditie. Thermodynamisch gezien is kobalt vatbaar voor een tetravalente oxidatietoestand onder oxidatieomstandigheden, en de wateroxidatieactiviteit is erg laag. Het is noodzakelijk om een ​​driewaardige oxidatietoestand te handhaven om een ​​hoge wateroxidatie-activiteit te behouden, dat het proces ontwikkeld door het onderzoeksteam het mogelijk maakt om de 3.2 oxidatietoestand en hoge activiteit te verkrijgen. De ontwikkelde elektrode heeft een 1000 keer groter elektrochemisch oppervlak in vergelijking met een commerciële kobaltelektrode, en 10 keer de waterstofproductieprestaties bij toepassing op een echt waterelektrolysesysteem.

Dr. Oh zegt dat "door de ontwikkeling van een operando zachte röntgenabsorptiespectrometrie op basis van een stralingsversneller, we een stap verder zijn gegaan in het begrijpen van de eigenschappen van katalysatormaterialen en het verbeteren van hun prestaties. Dit is een essentiële technologie voor kunstmatige fotosynthese, en zal naar verwachting een grote hulp zijn bij het verbeteren van de prestaties van de wateroxidatie-elektrode, wat een belangrijke technologie is voor de productie van groene waterstof en elektrochemische reconstructie."

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Hoogwaardig elektrodensysteem met groot oppervlak ontwikkeld voor kunstmatige fotosynthese