Як платина каталізує водень?
Водень і кисень реагують під впливом платинового каталізу (не реакція горіння). Після реакції платина залишається незмінною без будь-яких хімічних змін. Цю реакцію неможливо провести в домашніх умовах, тому що швидкість реакції залежить від площі поверхні платинової сажі і газу. Як правило, кількість платинової сажі та платини в паливних елементах дуже мала, але площа велика, тому швидкість реакції дуже висока. В основному використовується в аміаку. Такі хімічні процеси, як окиснення, окислення та гідрування ненасичених сполук, видалення оксиду вуглецю, оксидів азоту та органічних речовин із газів, гідроізомеризація алканів та алкенів тощо.
Як металева платина адсорбує водень?
Платиновий метал є перехідним металом.
Більшість перехідних металів мають каталітичні властивості, які визначаються тим, що зовнішній шар d-електронів їх атомів заповнений не повністю. Оскільки d-електронний шар не повністю заповнений, перехідні метали мають здатність адсорбувати один або кілька газів у газовій фазі.
Поверхня електрода батареї покрита шаром дрібнодисперсного платинового порошку. Платина має сильну здатність поглинати газ і має стабільні властивості.
Платина каталізує реакцію водню і кисню. У присутності платини водень і кисень можуть реагувати при кімнатній температурі. Механізм може полягати в тому, що платина може поглинати водень і зменшувати його енергію активації.
Який метал може каталізувати розкладання водню?
Платиновий каталізатор (англ. platinumcatalyst) — загальний термін для каталізатора, виготовленого з металевої платини як основного активного компонента. Використовуйте платинову металеву сітку, платинову сажу або платину на носії, такому як оксид алюмінію, і також може містити компоненти співкаталізатора, такі як металевий реній. Він в основному використовується в таких процесах, як окислення аміаку, вуглеводневий риформінг нафти, окислення та гідрування ненасичених сполук, а також видалення монооксиду вуглецю та оксидів азоту з газів. Це каталізатор, який часто використовують у реакційних процесах хімічної, нафтової та хімічної промисловості.
Чому гладкий платиновий електрод добре розщеплює воду?
Оскільки каталітичний ефект електрода в основному залежить від двох факторів: матеріалу поверхні електрода та стану поверхні електрода (шорсткість або гладкість). Використання платини як катода для електролізу води зменшить перенапругу виділення водню на катоді, полегшуючи протікання катодної електрохімічної реакції.
Основний принцип: катодна реакція ділиться на два процеси: 1. Вода або іони водню спочатку відновлюються з утворенням проміжних атомів водню. Цей крок є ключовим для визначення складності реакції. 2. Потім атоми водню об’єднуються в молекули водню, які є газоподібним воднем.
Платиновий електрод має хорошу адсорбційну дію на атоми водню проміжного продукту, знижуючи активність атомів водню, таким чином сприяючи прогресу реакції. Якщо певні процеси, такі як гальванічне нанесення чорної платини, використовуються для шорсткості поверхні електрода, щоб утворити матовий або пористий стан, електрокаталітичні характеристики будуть навіть кращими.
Що таке каталізатор водного електролізу?
Каталізатори зазвичай можуть значно зменшити енергію активації електролізованої води, тим самим зменшуючи перевищення потенціалу електролізованої води. Якість каталізатора визначає загальну напругу, необхідну для електролізу води, і ефективність перетворення електричної енергії в енергію водню.
Наприклад, електролізер, що складається з двох графітових електродів, зазвичай потребує напруги понад 2 В для виробництва водню та кисню, оскільки графіт не є ідеальним каталізатором, тоді як електролізер, що складається з двох електродів з нержавіючої сталі, вимагає напруги приблизно 1. 6-1.8V для отримання водню та кисню. Гідроген і кисень. Дослідження нових каталізаторів для підвищення ефективності перетворення енергії є центром великої уваги в галузі енергетики.
У кислому середовищі платина є каталізатором реакції виділення водню. У нього майже немає перенапруги і дуже малий нахил Тафеля (додаткова напруга, необхідна для збільшення струму в 10 разів). Це майже ідеальний каталізатор. Однак через дефіцит ресурсів дорогоцінних металів платини вчені шукають дешеві каталізатори (сульфіди, карбіди та фосфіди перехідних металів).
Оксид іридію є каталізатором реакції виділення кисню, але він також залежить від обмежених ресурсів. У той же час через високий потенціал і кисле середовище дуже мало речовин можуть одночасно проявляти каталітичну активність і стабільність реакції виділення кисню, тому досі не знайдено заміни оксиду іридію.
У лужному середовищі оксид платини та іридію все ще є хорошими каталізаторами, але через стабільність оксидів та гідроксидів у лужному середовищі існує більше варіантів для сполук перехідних металів з низькими атомними номерами.
Наприклад, сплави на основі нікелю демонструють чудову каталітичну активність і стабільність у реакції виділення водню, а композитні матеріали на основі нікелю та заліза та деякі перовскітні матеріали демонструють чудову каталітичну активність у реакції виділення кисню.
Який принцип платинового каталізу у водневих паливних елементах?
Каталітичний принцип полягає в тому, що водень розкладається на електрони та іони водню (протони) через каталізатор (платину) у позитивному електроді паливного елемента. Протони проходять через протонообмінну мембрану (Proton Exchange Membrane) до негативного електрода та реагують з киснем, перетворюючись на воду та тепло.
Відповідні електрони течуть від позитивного електрода до негативного через зовнішнє коло. Для комерційного використання водневих паливних елементів однією з найбільших проблем є контроль витрат. Нинішня вартість транспортних засобів на паливних елементах приблизно в п’ять разів перевищує вартість звичайних автомобілів. Його основний компонент називається протонообмінною мембраною. Він може розділяти електрони у водні на протони, а потім обмінювати їх із позитивного електрода на негативний, щоб реагувати з киснем, утворюючи воду та тепло. Відповідно, ядром протонообмінної мембрани є каталізатор платина. Платина - це дорогоцінний метал, який зазвичай є платиною, матеріалом для обручок. Щоб сприяти широкомасштабній комерціалізації, з одного боку, необхідно зменшити кількість каталізатора, а з іншого – шукати недорогі альтернативні матеріали.
Яку роль відіграє платина у водневій енергетиці?
У водневому паливному елементі на основі платини водень і кисень поєднуються для виробництва електроенергії, а вода і тепло є єдиними побічними продуктами. Молекули водню та кисню реагують і з’єднуються через протонообмінну мембрану (PEM), покриту платиновим каталізатором.
Платина особливо підходить як каталізатор для паливних елементів, оскільки вона дозволяє водню та кисню реагувати з оптимальною швидкістю, будучи достатньо стабільною, щоб протистояти складному хімічному середовищу та високій щільності струму всередині паливного елемента, щоб ефективно функціонувати протягом тривалого часу.
Паливні елементи мають багато тих же характеристик, що й батареї: тиха робота, відсутність рухомих частин і електрохімічна реакція, яка виробляє електроенергію. Однак, на відміну від акумуляторів, паливні елементи не потребують заряджання і можуть працювати нескінченно довго, коли є паливо. Паливний елемент може використовувати батарею як компонент системи для зберігання електричної енергії, яку він генерує.