Vedyn kehittymisreaktion mekanismit emäksisissä olosuhteissa

Abstract

Vedyn kehittymisreaktiossa vetyä tuotetaan vedestä sähkökemiallisesti, jonka jälkeen energia varastoidaan ja uudelleen käytetään. Vedyn kehittymisreaktio emäksisissä olosuhteissa voi tapahtua joko Volmer-Heyrovsky – tai Volmer-Tafel reaktioiden kautta. Reaktion Volmer- vaiheessa vesimolekyylit pelkistyvät atomivedyksi. Tämän jälkeen reaktiossa muodostuu vetymolekyylejä. Reaktio voi olla joko sähkökemiallinen Heyrovsky-reaktio, jossa atomivedyn ja elektronin yhdistelmästä saadaan vetymolekyylejä, tai kemiallinen Tafel-reaktio, jossa kaksi vetyatomia yhdistyy muodostaen vetymolekyyljejä.

Vedyn kehittymisreaktiossa emäksisissä olosuhteissa tarvitaan tehokkaita elektrokatalyyttejä, joiden haluttuja ominaisuuksia ovat aktiivisuus, selektiivisyys, kestävyys sekä helppo saatavuus. Yhden atomin katalyyteissä (single atom catalyst, SAC) funktionaaliset atomit ovat erillään toisistaan. Näillä katalyyteillä on suuri muokattavuus ja pinta-ala-suhde. Siirtymämetallikatalyytit puolestaan herättävät kiinnostusta vedyn kehittymisreaktiossa niiden helpon saatavuuden ja korkean aktiivisuuden vuoksi. Lisäksi vedyn kehittymisreaktiossa emäksisissä olosuhteissa on tutkittu laajasti tuotannossa jo valmiiksi käytettävää fullereeniyhdistettä ja sen yhdistämistä platinaklustereihin.

Vedyn kehittymisreaktiolla on keskeinen rooli tulevaisuuden vetyteknologiassa ja kestävän energian tuotannossa. Vetyä pidetään ympäristöystävällisenä ja kestävänä energianlähteenä, jolla on mahdollisuus tulevaisuudessa kilpailla fossiilisten polttoaineiden kanssa. Tulevaisuuden haasteita vedyn kehittymisreaktiossa käytettävissä katalyyteissä ovat yhä kestävämpien ja ympäristöystävällisempien materiaalien hyödyntäminen katalyyteissä. Lisäksi vedyn kehittymisreaktion mekanismeista emäksisissä olosuhteissa tarvitaan lisää ymmärrystä , jotta katalyyttejä voidaan optimoida reaktion nopeuttamiseksi.