<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1728549191738/1728549191738.png" width="809" height="539" /></p> <div class="paragraph paragraph--type--content-block-text paragraph--view-mode--default" style="color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;"> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px;">&nbsp;</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px;">使用電極生產(chǎn)燃料和化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)電化學(xué)過(guò)程會(huì)受到氣泡形成的阻礙，這些氣泡會(huì)阻塞電極表面的某些部分，從而減少可用于活性反應(yīng)的面積。這種堵塞會(huì)使電極的性能降低 10% 到 25%。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px;">但新的研究揭示了幾十年來(lái)對(duì)這種干擾程度的誤解。這些發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確地顯示了阻塞效應(yīng)的工作原理，并可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)電極表面的新方法，以最大限度地減少這些廣泛使用的電化學(xué)過(guò)程中的低效率。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px;">長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為每個(gè)氣泡遮蔽的整個(gè)電極區(qū)域?qū)⒈挥行У販缁睢５聦?shí)證明，一個(gè)小得多的區(qū)域&mdash;&mdash;大約是氣泡實(shí)際接觸表面的區(qū)域&mdash;&mdash;被阻止了它的電化學(xué)活動(dòng)。新的見(jiàn)解可以直接導(dǎo)致表面圖案化的新方法，以最大限度地減少接觸面積并提高整體效率。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px;">這些發(fā)現(xiàn)<a style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0); color: #050505; text-decoration-line: none; box-shadow: #ff4646 0px -2px inset;" href="https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/nr/d4nr02628d" target="_blank" rel="noopener">今天發(fā)表在《<em>納米尺度</em>》雜志上</a>，由麻省理工學(xué)院最近畢業(yè)的 Jack Lake 博士 '23、研究生 Simon Rufer、機(jī)械工程教授 Kripa Varanasi、研究科學(xué)家 Ben Blaiszik 以及芝加哥大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的其他六人發(fā)表。該團(tuán)隊(duì)提供了一種基于 AI 的開(kāi)源軟件工具，工程師和科學(xué)家現(xiàn)在可以使用它來(lái)自動(dòng)識(shí)別和量化在給定表面上形成的氣泡，作為控制電極材料特性的第一步。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">放氣電極通常具有促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的催化表面，用于各種工藝，包括在不使用化石燃料的情況下生產(chǎn)&ldquo;綠色&rdquo;氫氣、可以減少溫室氣體排放的碳捕獲工藝、鋁生產(chǎn)以及用于制造廣泛使用的化學(xué)產(chǎn)品的氯堿工藝。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">這些都是非常普遍的過(guò)程。僅氯堿工藝就占美國(guó)總用電量的 2%;鋁生產(chǎn)占全球電力的 3%;隨著世界努力實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排目標(biāo)，碳捕獲和氫氣生產(chǎn)在未來(lái)幾年都可能迅速增長(zhǎng)。因此，新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)產(chǎn)生真正的影響，瓦拉納西說(shuō)。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">&ldquo;我們的工作表明，對(duì)電極上氣泡的接觸和生長(zhǎng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)可以對(duì)氣泡的形成方式和離開(kāi)表面的方式產(chǎn)生巨大影響&rdquo;，他說(shuō)。&ldquo;氣泡下的區(qū)域可能非?；钴S，這為高性能電極引入了一套新的設(shè)計(jì)規(guī)則，以避免氣泡的有害影響。&rdquo;</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">&ldquo;過(guò)去幾十年建立的更廣泛的文獻(xiàn)表明，不僅那一小塊接觸區(qū)域，而且氣泡下的整個(gè)區(qū)域都被鈍化了，&rdquo;Rufer 說(shuō)。這項(xiàng)新研究揭示了&ldquo;兩種模型之間的顯著差異，因?yàn)樗淖兞四_(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)電極的方式，以最大限度地減少這些損失。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">為了測(cè)試和證明這種效應(yīng)的含義，該團(tuán)隊(duì)制作了不同版本的電極表面，這些電極表面具有點(diǎn)圖案，這些點(diǎn)以不同的大小和間距成核并捕獲氣泡。他們能夠證明，具有寬間距點(diǎn)的表面促進(jìn)了大氣泡尺寸，但只有很小的表面接觸區(qū)域，這有助于明確氣泡覆蓋率的預(yù)期效果和實(shí)際效果之間的差異。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">Rufer 解釋說(shuō)，開(kāi)發(fā)用于檢測(cè)和量化氣泡形成的軟件對(duì)于團(tuán)隊(duì)的分析是必要的。&ldquo;我們想收集大量數(shù)據(jù)，觀察許多不同的電極、不同的反應(yīng)和不同的氣泡，它們看起來(lái)都略有不同，&rdquo;他說(shuō)。他說(shuō)，創(chuàng)建一個(gè)可以處理不同材料和不同照明并可靠地識(shí)別和跟蹤氣泡的程序是一個(gè)棘手的過(guò)程，而機(jī)器學(xué)習(xí)是使其發(fā)揮作用的關(guān)鍵。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">他說(shuō)，使用該工具，他們能夠收集&ldquo;關(guān)于表面上氣泡、它們的位置、它們有多大、它們生長(zhǎng)多快，所有這些不同的東西的大量數(shù)據(jù)。該工具<a style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0); color: #050505; text-decoration-line: none; box-shadow: #ff4646 0px -2px inset;" href="https://github.com/differentiate-catalysis/catalyst-bubble-detection/tree/main" target="_blank" rel="noopener">現(xiàn)在可供任何人通過(guò)</a>&nbsp;GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)免費(fèi)使用。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">通過(guò)使用該工具將氣泡形成和演變的視覺(jué)測(cè)量與電極性能的電測(cè)量相關(guān)聯(lián)，研究人員能夠反駁公認(rèn)的理論，并證明只有直接接觸的區(qū)域受到影響。視頻進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)，揭示了新的氣泡在更大氣泡的直接下方積極進(jìn)化。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">研究人員開(kāi)發(fā)了一種非常通用的方法，可用于表征和了解氣泡對(duì)任何電極或催化劑表面的影響。他們能夠用一種稱(chēng)為 BECSA（氣泡誘導(dǎo)的電化學(xué)活性表面）的新性能指標(biāo)來(lái)量化氣泡鈍化效應(yīng)，而不是現(xiàn)場(chǎng)使用的 ECSA（電化學(xué)活性表面積）。&ldquo;BECSA 指標(biāo)是我們?cè)谠缙谘芯恐卸x的一個(gè)概念，但在這項(xiàng)工作之前還沒(méi)有有效的估計(jì)方法，&rdquo;Varanasi 說(shuō)。</p> <p style="line-height: 1.65em; margin: 20px 0px 30px; color: #050505; font-family: MessinaSans, sans-serif; font-size: 20px; white-space: normal;">氣泡下的區(qū)域可以非?；钴S，這為高性能電極引入了一套新的設(shè)計(jì)規(guī)則。這意味著電極設(shè)計(jì)人員應(yīng)尋求最小化氣泡接觸面積，而不是簡(jiǎn)單地覆蓋氣泡，這可以通過(guò)控制電極的形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為控制氣泡而設(shè)計(jì)的表面不僅可以提高流程的整體效率，從而減少能源使用，還可以節(jié)省前期材料成本。許多這些氣體逸出電極都涂有由鉑或銥等昂貴金屬制成的催化劑，這項(xiàng)工作的結(jié)果可用于設(shè)計(jì)電極，以減少因反應(yīng)阻斷氣泡而浪費(fèi)的材料。</p> </div>