전기 촉매

전체 반응 :2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g)

전기 화학적 반응은 화학 반응이 발생할 때이지만 전력을 생산하거나 전기 능력이 필요합니다. 예를 들어, 풍선에 펌핑 된 수소 가스와 산소 가스를 고려하십시오. 단지 가스의 조합 만 있으므로 아무 일도 일어나지 않을 것입니다. 

그러나 두 사람이 규제 된 방식으로 서로 반응하게 할 수 있다면 물을 만들 수 있습니다. 전기 촉매를 사용할 수있는 곳입니다. 전기 촉매가 무엇인지 알기 전에 촉매가 무엇인지 이해하고 전기 촉매와 어떻게 다른지 배워야합니다. .

촉매 란 무엇입니까?

촉매는 소비하지 않고 화학 반응을 가속화하는 물질입니다. 열역학적 관점에서 화학 반응에 필요한 활성화 에너지를 감소시킵니다. 또한 전기 화학 반응에서 활성화 에너지에 영향을 미칩니다. 

전기 촉매는 전기 화학 반응의 활성화 에너지에 영향을 미치는 촉매입니다. 전기 화학적 반응에서, 활성화 에너지는 반응이 발생하는 전위 또는 전압에 비례한다. 결과적으로, 전기 촉매는 종종 산화 및 환원 반응이 발생하는 잠재력을 변화시킨다. 전기 촉매의 주요 목적은 전극 표면 또는 고체 액체 계면에서 발생하는 전기 화학 공정을 가속화하는 것입니다.

일반적으로 전기 촉매는 균질 한 및 이종 전기 촉매의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 균질 전기 촉매는 반응물과 동일한 단계에 존재하며 용액에서 전기 화학적 반응을 가속화하는 데 도움이된다. 대부분, 균질 전기 촉매는 가용성이며, 전극과 반응물 사이의 전자의 수송을 돕고, 전체적인 반 반응을 특징으로하는 화학적 형질 전환을 용이하게한다. 

특정 효소는 전기 촉매로서 작용하는 능력이 있습니다. MOFE 클러스터 함유 효소 인 Nitrogenase는 대기 질소를 고정하여 질소 가스를 암모니아와 같은 화합물로 전환시키는 데 사용됩니다. 또 다른 예, 니켈-함유 효소 포르 메이트 탈수소 효소는 CO2 감소를위한 비슷한 분자 구조로 합성 화합물의 발달을 촉발시켰다.

그러나 이종 전기 촉매와 관련하여 반응물과 다른 단계에 존재합니다. 대부분의 이종성 전기 촉매 반응은 금속 일 수있는 고체 촉매와 전자 전달을 필요로하며, 이온 전도가 가능한 액체 용액 및 중합체 일 수있는 전해질이 필요하다. 

반응은 촉매와 전해질과 인터페이스 모두에 의해 영향을받습니다. 또한 고체, 액체 및 가스 성분과 오일 및 물과 같은 불가능한 혼합물을 구별합니다. 이종 전기 촉매의 가장 좋은 예 중 하나는 나노 입자입니다. 다양한 나노 입자 물질이 다양한 전기 화학적 공정을 촉진하는 것으로 입증되었지만 크기, 형태 및 표면 변형에 따라 다릅니다.

물 전기 분해에서의 전기 화학 반응

물 전기 분해는 전기를 사용하여 물을 산소와 수소 가스로 분해하고 있습니다. 이 수소 가스는 용접에 사용되는 수소 연료 또는 옥시 하이드로겐 가스를 생성 할 수 있습니다.

순수한 물에서 감소 반응이 발생하며, 이는 음의 하전 된 음극을 포함합니다. 캐소드로부터의 전자 (e-)는 수소 양이온으로 옮겨져 수소 가스를 초래한다. 산과 균형을 이루는 반 반응은 다음과 같습니다.

음극에서의 감소 :2 h + (aq) + 2e- → h2 (g)

긍정적으로 하전 된 양극과 관련하여 산화 반응이 발생하여 산소 가스를 생성하고 양극에 전자를 제공합니다. 다음은 입니다

양극의 산화 :2 h2o (l) → o2 (g) + 4 h + (aq) + 4e-

모든 상황에서 모든 반 반응이 산과 균형을 이루어야하는 것은 아닙니다. 한편, 산 균형 반응은 일반적으로 산성 (낮은 pH) 용액에서 볼 수있다. 그러나 기본 균형 반응과 관련하여 필수 (높은 pH) 솔루션에 의해 지배됩니다.

캐소드 (축소) :2 h2o (l) + 2e- → h2 (g) + 2 Oh- (aq)

양극 (산화) :2 oh- (aq) → 1/2 o2 (g) + h2o (l) + 2 e-

각 반 반응 쌍이 결합되면 산소와 수소로의 물의 총 분해가 동일합니다. .

전체 반응 :2 H2O (L) → 2 H2 (g) + O2 (g)

물 전기 분해에서 물은 음극에서 감소하여 H2를 형성하고 양극에서 물 산화되어 O2를 생성합니다. 여기서, 두 반응 모두 동역학 적으로 느려서 에너지 효율이 낮습니다. 결과적으로, 전극 촉매는 전극에서의 반응을 가속화해야한다.

수중 전기 분해는 초소형 수소를 생산하는 능력으로 환영받습니다. 그러나, 양극 산소 진화 공정의 운동 학적 한계는 전통적인 물 전기 분해 시스템의 에너지 효율을 제한한다. 

혁신적이고 많이 배정 된 하이브리드 수자원 전기 분해 시스템 버전이 지난 10 년 동안 개발되고 시연되었습니다. 기존의 물 전기 분해에서의 중요한 과제는 산소 진화 반응을보다 단순한 산화 반응으로 대체하고 음극 수소 진화 반응과 결합함으로써 해결됩니다.

전기 촉매의 장점

• 전기 촉매는 물 전기 분해에 사용되며 메탄올 산화 반응에 도움이됩니다.

• 금속 전극에 사용되며 수소 및 산소 감소 반응에도 사용됩니다.

• 폐수 관리 처리에 사용되며 나노 입자의 합성에 사용됩니다.

• 다양한 화학 반응을 연구하는 것이 도움이됩니다.

• 전기 감소 과정에서 간섭을 피하는 데 사용됩니다.

• 물리적, 화학 및 생물학적 과학에 사용됩니다.

• 전하 전달 감소의 활성화 에너지를 줄이는 데 사용됩니다.

결론

전기 촉매는 일상 생활에서 중요한 역할을하며 많은 제품의 개발에 필수적입니다. 화학 분야뿐만 아니라 생물학적 및 물리 과학에서도 사용됩니다. 또한 연료 세포의 발달에 사용 되며이 분야에서 촉매를 유일하게 사용하는 것은 아닙니다.