মেসোপোরাস ট্যান্টালাম অক্সাইডের উপর স্থাপিত বিশেষভাবে পরিকল্পিত ইরিডিয়াম ন্যানোকাঠামো পরিবাহিতা, অনুঘটকীয় সক্রিয়তা এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে।
ছবি: দক্ষিণ কোরিয়া এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের গবেষকরা হাইড্রোজেন উৎপাদনের জন্য প্রোটন বিনিময় ঝিল্লির সাহায্যে পানির সাশ্রয়ী তড়িৎ বিশ্লেষণ সহজতর করতে, বর্ধিত অক্সিজেন বিবর্তন বিক্রিয়া সক্রিয়তা সম্পন্ন একটি নতুন ইরিডিয়াম অনুঘটক তৈরি করেছেন। আরও জানুন
বিশ্বের শক্তির চাহিদা ক্রমাগত বাড়ছে। পরিচ্ছন্ন ও টেকসই শক্তির সমাধান খোঁজার ক্ষেত্রে পরিবহনযোগ্য হাইড্রোজেন শক্তি এক বিরাট সম্ভাবনা তৈরি করেছে। এই প্রেক্ষাপটে, প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন ওয়াটার ইলেক্ট্রোলাইজার (PEMWE), যা পানি তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে অতিরিক্ত বৈদ্যুতিক শক্তিকে পরিবহনযোগ্য হাইড্রোজেন শক্তিতে রূপান্তরিত করে, ব্যাপক আগ্রহ সৃষ্টি করেছে। তবে, তড়িৎ বিশ্লেষণের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান অক্সিজেন ইভোলিউশন রিঅ্যাকশন (OER)-এর ধীর গতি এবং ইলেকট্রোডে ইরিডিয়াম (Ir) ও রুথেনিয়াম অক্সাইডের মতো ব্যয়বহুল মেটাল অক্সাইড অনুঘটকের উচ্চ লোডিং-এর সীমাবদ্ধতার কারণে হাইড্রোজেন উৎপাদনে এর বৃহৎ পরিসরের প্রয়োগ সীমিত রয়ে গেছে। সুতরাং, PEMWE-এর ব্যাপক প্রয়োগের জন্য সাশ্রয়ী ও উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন OER অনুঘটকের উন্নয়ন অপরিহার্য।

সম্প্রতি, দক্ষিণ কোরিয়ার গোয়াংজু ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির অধ্যাপক চ্যাংহো পার্কের নেতৃত্বে একটি কোরিয়ান-আমেরিকান গবেষক দল, পিইএম (PEM) জলের কার্যকর তড়িৎ বিশ্লেষণ অর্জনের জন্য একটি উন্নত ফর্মিক অ্যাসিড বিজারণ পদ্ধতির মাধ্যমে মেসোপোরাস ট্যান্টালাম অক্সাইড (Ta2O5) ভিত্তিক একটি নতুন ইরিডিয়াম ন্যানোস্ট্রাকচার্ড অনুঘটক তৈরি করেছে। তাদের গবেষণাটি ২০ মে, ২০২৩ তারিখে অনলাইনে প্রকাশিত হয়েছে এবং ১৫ আগস্ট, ২০২৩ তারিখে জার্নাল অফ পাওয়ার সোর্সেস-এর ভলিউম ৫৭৫-এ প্রকাশিত হবে। এই গবেষণাপত্রটির সহ-লেখক ছিলেন কোরিয়া ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির (KIST) গবেষক ড. চায়েকিয়ং বাইক।
“সফট টেমপ্লেট পদ্ধতির সাথে ইথিলিনডায়ামিন সারাউন্ডিং প্রক্রিয়াকে একত্রিত করে প্রস্তুত করা একটি স্থিতিশীল মেসোপোরাস Ta2O5 সাবস্ট্রেটের উপর ইলেকট্রন-সমৃদ্ধ Ir ন্যানোস্ট্রাকচারটি সুষমভাবে ছড়িয়ে থাকে, যা একটি একক PEMWE ব্যাটারির Ir-এর পরিমাণ কার্যকরভাবে কমিয়ে 0.3 mg cm-2-এ নিয়ে আসে,” অধ্যাপক পার্ক ব্যাখ্যা করেন। এটি উল্লেখযোগ্য যে, Ir/Ta2O5 অনুঘটকের এই উদ্ভাবনী নকশাটি কেবল Ir-এর ব্যবহারই উন্নত করে না, বরং এর পরিবাহিতা বেশি এবং তড়িৎ-রাসায়নিকভাবে সক্রিয় পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফলও বৃহত্তর।
অতিরিক্তভাবে, এক্স-রে ফটোইলেকট্রন এবং এক্স-রে অ্যাবজর্পশন স্পেকট্রোস্কোপি Ir এবং Ta-এর মধ্যে শক্তিশালী মেটাল-সাপোর্ট ইন্টারঅ্যাকশন প্রকাশ করে, অন্যদিকে ডেনসিটি ফাংশনাল থিওরি ক্যালকুলেশন Ta থেকে Ir-এ চার্জ ট্রান্সফারের ইঙ্গিত দেয়, যা O এবং OH-এর মতো অ্যাডসরবেটগুলির শক্তিশালী বন্ধন তৈরি করে এবং OOP অক্সিডেশন প্রক্রিয়ার সময় Ir(III) অনুপাত বজায় রাখে। এর ফলে Ir/Ta2O5-এর অ্যাক্টিভিটি বৃদ্ধি পায়, যার ওভারভোল্টেজ IrO2-এর 0.48 V-এর তুলনায় কম, 0.385 V।
দলটি পরীক্ষামূলকভাবে অনুঘটকটির উচ্চ OER সক্রিয়তাও প্রদর্শন করেছে, যেখানে ১০ mA cm-2 এ ২৮৮ ± ৩.৯ mV এর একটি ওভারভোল্টেজ এবং মিস্টার ব্ল্যাকের সংশ্লিষ্ট মানের তুলনায় ১.৫৫ V এ ৮৭৬.১ ± ১২৫.১ A g-1 এর একটি উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চ Ir ভর সক্রিয়তা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে। প্রকৃতপক্ষে, Ir/Ta2O5 চমৎকার OER সক্রিয়তা এবং স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে, যা মেমব্রেন-ইলেকট্রোড অ্যাসেম্বলিটির ১২০ ঘণ্টারও বেশি সময় ধরে একক-কোষ পরিচালনার মাধ্যমে আরও নিশ্চিত করা হয়েছে।
প্রস্তাবিত পদ্ধতিটির দ্বৈত সুবিধা হলো এটি লোড লেভেল (Ir) হ্রাস করে এবং OER-এর দক্ষতা বৃদ্ধি করে। “OER-এর এই বর্ধিত দক্ষতা PEMWE প্রক্রিয়ার ব্যয়-সাশ্রয়ীতার পরিপূরক, যার ফলে এর সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উন্নত হয়। এই সাফল্য PEMWE-এর বাণিজ্যিকীকরণে বৈপ্লবিক পরিবর্তন আনতে পারে এবং হাইড্রোজেন উৎপাদনের একটি মূলধারার পদ্ধতি হিসেবে এর ব্যবহারকে ত্বরান্বিত করতে পারে,” আশাবাদী অধ্যাপক পার্ক এমনটাই মনে করেন।

সামগ্রিকভাবে, এই উন্নয়ন আমাদেরকে টেকসই হাইড্রোজেন শক্তি পরিবহন সমাধান অর্জন এবং ফলস্বরূপ কার্বন নিরপেক্ষ অবস্থা অর্জনের আরও কাছাকাছি নিয়ে আসে।
গোয়াংজু ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (GIST) সম্পর্কে: গোয়াংজু ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (GIST) দক্ষিণ কোরিয়ার গোয়াংজুতে অবস্থিত একটি গবেষণা বিশ্ববিদ্যালয়। GIST ১৯৯৩ সালে প্রতিষ্ঠিত হয় এবং এটি দক্ষিণ কোরিয়ার অন্যতম মর্যাদাপূর্ণ প্রতিষ্ঠানে পরিণত হয়েছে। বিশ্ববিদ্যালয়টি একটি শক্তিশালী গবেষণা পরিবেশ তৈরিতে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ, যা বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির উন্নয়নে সহায়তা করে এবং আন্তর্জাতিক ও দেশীয় গবেষণা প্রকল্পগুলোর মধ্যে সহযোগিতা বৃদ্ধি করে। “ভবিষ্যতের বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির গর্বিত রূপকার” এই মূলমন্ত্রে অবিচল থেকে GIST ধারাবাহিকভাবে দক্ষিণ কোরিয়ার শীর্ষস্থানীয় বিশ্ববিদ্যালয়গুলোর মধ্যে স্থান করে নিয়েছে।
লেখক পরিচিতি: ড. চ্যাংহো পার্ক ২০১৬ সালের আগস্ট মাস থেকে গোয়াংজু বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি ইনস্টিটিউট (GIST)-এ অধ্যাপক হিসেবে কর্মরত আছেন। GIST-এ যোগদানের পূর্বে তিনি স্যামসাং এসডিআই-এর ভাইস প্রেসিডেন্ট হিসেবে দায়িত্ব পালন করেন এবং স্যামসাং ইলেকট্রনিক্স এসএআইটি থেকে মাস্টার্স ডিগ্রি অর্জন করেন। তিনি যথাক্রমে ১৯৯০, ১৯৯২ এবং ১৯৯৫ সালে কোরিয়া বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি ইনস্টিটিউটের রসায়ন বিভাগ থেকে স্নাতক, স্নাতকোত্তর এবং ডক্টরেট ডিগ্রি লাভ করেন। তার বর্তমান গবেষণার মূল বিষয় হলো ন্যানোস্ট্রাকচার্ড কার্বন এবং মিশ্র ধাতব অক্সাইড সাপোর্ট ব্যবহার করে ফুয়েল সেল ও ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য মেমব্রেন ইলেকট্রোড অ্যাসেম্বলিতে অনুঘটকীয় পদার্থের উন্নয়ন। তিনি তার বিশেষজ্ঞতার ক্ষেত্রে ১২৬টি বৈজ্ঞানিক গবেষণাপত্র প্রকাশ করেছেন এবং ২২৭টি পেটেন্ট লাভ করেছেন।
ডঃ চ্যাইকিয়ং বাইক কোরিয়া ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (KIST)-এর একজন গবেষক। তিনি PEMWE OER এবং MEA অনুঘটকের উন্নয়নে জড়িত এবং বর্তমানে অ্যামোনিয়া জারণ বিক্রিয়ার জন্য অনুঘটক ও যন্ত্রপাতির উপর মনোনিবেশ করছেন। ২০২৩ সালে KIST-এ যোগদানের পূর্বে, চ্যাইকিয়ং বাইক গোয়াংজু ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি থেকে এনার্জি ইন্টিগ্রেশনে পিএইচডি ডিগ্রি অর্জন করেন।
ইলেকট্রন-সমৃদ্ধ Ta2O5 দ্বারা সমর্থিত মেসোপোরাস ইরাইড ন্যানোকাঠামো অক্সিজেন বিবর্তন বিক্রিয়ার সক্রিয়তা ও স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করতে পারে।
লেখকগণ ঘোষণা করছেন যে, তাঁদের এমন কোনো জ্ঞাত প্রতিদ্বন্দ্বী আর্থিক স্বার্থ বা ব্যক্তিগত সম্পর্ক নেই যা এই প্রবন্ধে উপস্থাপিত কাজকে প্রভাবিত করতে পারত।
দাবিত্যাগ: AAAS এবং EurekAlert!, EurekAlert!-এ প্রকাশিত প্রেস রিলিজের নির্ভুলতার জন্য দায়ী নয়। কোনো অংশগ্রহণকারী সংস্থা কর্তৃক বা EurekAlert সিস্টেমের মাধ্যমে তথ্যের যেকোনো ব্যবহারের জন্যও তারা দায়ী নয়।

আপনি যদি আরও তথ্য জানতে চান, তাহলে অনুগ্রহ করে আমাকে একটি ইমেল পাঠান।
ই-মেইলঃ
info@pulisichem.cn
টেলিফোনঃ
+৮৬-৫৩৩-৩১৪৯৫৯৮