हरित हाइड्रोजन उत्पादन नई प्रणाली की ओर
A plethora of heterostructures have been studied for green hydrogen generation with the effect of built-in electric field (BIEF). However, the metal-oxide-semiconductor (MOS) based p-n heterojunction can be considered a promising material for robust BIEF due to the asymmetric electronic environment. Scientists of the Institute of Nano Science and Technology (INST), Mohali, grew CuWO4 (Copper tungsten oxide) nano-particles precursor over Cu (OH)2 (Copper hydroxide) and fabricated CuWO4-CuO hetero-structure and studied its physical and electrochemical properties. They examined the Gibbs free energy profile for proton adsorption of different regions and found that near the depletion region and along the interface, the proton adsorption energy shows contrasting behaviour as compared with the bulk area. This induces a gradient in Gibbs free energy across and near the depletion region, promoting improved hydrogen adsorption and desorption.
-Edited by Usha Rawat-
शोधकर्ताओं ने उत्प्रेरकों की सतह पर प्रोटॉन अवशोषण व्यवहार के बारे में नई समझ विकसित की है, जिससे हरित हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए उपयोगी इलेक्ट्रो-उत्प्रेरकों के निर्माण में मदद मिल सकती है। अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र (बीआईईएफ) के प्रभाव से हरित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए बहुत सी विषम संरचनाओं का अध्ययन किया गया है। हालांकि, धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) आधारित पी-एन विषम संयोजन को असममित इलेक्ट्रॉनिक वातावरण के कारण मज़बूत बीआईईएफ वाली आशाजनक सामग्री के रूप में माना जा सकता है।
हाल ही में किए गए शोध में हाइड्रोजन उत्पादन को बेहतर बनाने के लिए विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक वातावरणों के इंटरफेस पर बीआईईएफ का लाभ उठाने पर ध्यान केंद्रित किया गया। इसलिए, कार्य फ़ंक्शन, बीआईईएफ और गिब्स मुक्त ऊर्जा (एक थर्मोडायनामिक क्षमता जिसका उपयोग अधिकतम कार्य की मात्रा की गणना करने के लिए किया जा सकता है) जैसे मापदंडों का विश्लेषण और सहसंबंध करना प्रतिक्रिया तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। दो सामग्रियों के बीच कार्य फ़ंक्शन में अंतर वह है जो प्रारंभिक चार्ज पुनर्वितरण को संचालित करता है, जो बदले में जंक्शन पर अंतर्निहित क्षमता को स्थापित करता है। बीआईईएफ सीधे प्रोटॉन अधिशोषण/विशोषण की गतिशीलता को प्रभावित करता है, जिसका मूल्यांकन गिब्स अधिशोषण की मुक्त ऊर्जा से किया गया था।
नैनो विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी संस्थान (आईएनएसटी), मोहाली के वैज्ञानिकों ने Cu (OH)2 (कॉपर हाइड्रॉक्साइड) और CuWO4-CuO विषम-संरचना पर CuWO4 (कॉपर टंगस्टन ऑक्साइड) नैनो-कण अग्रदूत विकसित किए तथा इसके भौतिक एवं विद्युत-रासायनिक गुणों का अध्ययन किया। उन्होंने विभिन्न क्षेत्रों के प्रोटॉन अवशोषण के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रोफ़ाइल की जांच की और पाया कि ह्रास क्षेत्र के पास और इंटरफ़ेस के साथ, प्रोटॉन अवशोषण ऊर्जा थोक क्षेत्र की तुलना में विपरीत व्यवहार दिखाती है। यह ह्रास क्षेत्र के पार और उसके पास गिब्स मुक्त ऊर्जा में एक ढाल उत्पन्न करता है, जिससे बेहतर हाइड्रोजन अवशोषण और विशोषण को बढ़ावा मिलता है।
दिलचस्प बात यह है कि विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) के एक स्वायत्त संस्थान आईएनएसटी के वैज्ञानिकों ने दिखाया कि प्रस्तावित उत्प्रेरक में अंतर्निहित विद्युत क्षेत्र (बीआईईएफ) और गिब्स मुक्त ऊर्जा के बीच परस्पर क्रिया एक अनुकूल व्यवस्था को जन्म देती है, जहां उत्प्रेरक के साथ हाइड्रोजन बंधन अनुकूलित होता है, जो कुशल हाइड्रोजन विकास को सहज बनाता है। उन्होंने यह भी पाया कि हेटेरोजंक्शन इंटरफेस के साथ, ∆G CuO चरण की ओर प्रोटॉन की उच्च अवशोषण बंधुता और CuWO4 चरण में महत्वपूर्ण विशोषण को इंगित करता है। CuO-CuWO₄ उत्प्रेरक ‘नकारात्मक सहकारिता’ का एक उत्कृष्ट उदाहरण पेश करता है, जिसमें एक अणु के बंधन से अतिरिक्त अणुओं के लिए अन्य बंधन स्थलों की बंधुता कम हो जाती है। अधिक से अधिक प्रोटॉन कवरेज के साथ, प्रोटॉन अवशोषण के प्रति उत्प्रेरक की सतह की बंधुता कम हो जाती है और विशोषण को बढ़ाकर क्षारीय हाइड्रोजन विकास अभिक्रिया को बढ़ावा मिलता है।
यह शोध एडव. एनर्जी मैटर 2025 में प्रकाशित हुआ। इस शोध से उत्प्रेरक की सतह पर विशिष्ट प्रोटॉन सोखने के व्यवहार को समझने में मदद मिली, जो दूसरों को इसी तरह के इलेक्ट्रो-कैटेलिस्ट को डिजाइन करने और बनाने में मदद कर सकता है। इससे हरित हाइड्रोजन उत्पादन की मजबूत गतिविधि मिल सकती है। इलेक्ट्रो-कैटेलिटिक हाइड्रोजन उत्पादन में सुधार से उन्नत हरित प्रौद्योगिकियों के साथ ही टिकाऊ पर्यावरण भी हासिल हो सकता है।