エネルギーは、経済の発展と成長の重要な要素であり、より良いライフスタイルに不可欠な要素です。世界のエネルギー需要は一貫して増大しており、特に発展途上国や発展途上国では、電力部門が主に化石燃料の使用に依存しているため、環境汚染が増加しています。
状況をさらに悪化させているのは、地殻の下の化石燃料が驚くべきことに年 3% の割合で枯渇しているということです。そのため、世界のエネルギー需要を満たすための代替燃料が緊急に求められています。
燃料電池は、非化石燃料に含まれる化学エネルギー を電気エネルギーに変換することで、クリーンかつ効率的に電気を生成できるため、正に帯電した水素イオンと酸素または別の酸化剤との単純な化学反応によって、電気を生成できるため、選択肢の 1 つです。燃料電池の効率は内燃機関の効率よりも高く、前者は約 60% の効率で電気を生成でき、コジェネレーションではさらに高い効率で発電できますが、後者の効率は通常 33 ～ 35% です。
燃料電池は、大気中の汚染が少ない潜在的なエネルギー源になる可能性があります。最近の研究では、安価な銅ナノ材料を使用して大気中の二酸化炭素をエタノールに変換する方法が発見されており、約 63% という非常に高い収率が得られています。しかし、燃料電池の電解酸化の強力な触媒と考えられているプラチナには、多くの欠点があります。
主な懸念事項の 1 つはプラチナの不足と高コストであり、もう 1 つの懸念は、燃料電池反応を触媒するために利用できる活性部位を減少させる炭素質副生成物による金属表面のその場での被覆です。一般的なゼオライトである ZSM-5 は、プラチナの使用に関する 2 つの主な問題を解決することができます。
助触媒としてゼオライトに担持された白金ナノ粒子は、より優れた電極触媒であることがわかっています。ゼオライト骨格内のシリカと白金の電子配置の変更により、電極触媒効率が向上します。ゼオライト修飾電極の価電子密度は純粋な白金よりも低いため、吸着炭素質の濃度が低くなり、電極触媒効率が高くなります。
ZSM-5 のシリカとアルミナは、触媒電極表面の洗浄を容易にすることができます。これは、ゼオライト修飾電極の場合、フレームワーク内の酸素含有種が白金表面に吸着された一酸化炭素と強く反応して、さらなる触媒作用のための活性部位を放出するためです。 ZSM-5 のスイープ アクションを下の画像に示します。
ゼオライト修飾電極上での電気酸化反応のメカニズムは、電極表面に向かう反応分子の流れと、その結果としての吸着によって開始されます。次に、吸着された中間体は、電極表面から脱着する生成物分子を生成します。
ゼオライトで修飾された電極表面は、最初の画像に示されているように、反応物が生成物に変換されてピンポン ボールのように落ちたり飛び出したりする卓球台として機能します。
これらの調査結果は、ジャーナル Electroanalysis に掲載された、「Pt/ZSM-5/C によって触媒されるメタノールおよびエタノールの電気酸化」というタイトルの記事に記載されています。 .この作業は、インドのトリプラ州ウダイプールにあるネタジ スバース マハビディヤラヤと総合科学教育研究センターのバス マーン ダースとスサンタ ゴーシュがそれぞれ主導しました。
