По мере того, как в мире не хватает нефти, активизируется поиск новых альтернативных источников энергии. Производство водорода путем расщепления воды на кислород и водород с использованием солнечного света в качестве движущей силы – интересный подход к производству топлива.
В центре внимания Тива Шарифи было решение проблем процессов преобразования энергии, в основном с целью изготовления прочных электродных материалов, позволяющих масштабировать электрохимические ячейки.
«Я создал электрокатализатор с выдающимися характеристиками и стабильностью для нескольких важных процессов преобразования энергии», – говорит Тива Шарифи.
Поскольку электрохимические процессы не являются спонтанными, для них необходимы эффективные электрокатализаторы §пройди удачно. Обычно электрокатализатор синтезируется отдельно, а затем наносится на поверхность проводящего материала, который играет роль токоприемника.
Эта комбинация работает как электрод – катод или анод – в электрохимической ячейке.
При таком подходе масштабирование невозможно, и весь процесс ограничен лабораторным масштабом. Кроме того, изготовленный электрод не является прочным, и материал катализатора легко отслаивается от проводящей подложки во время электрохимической реакции.
Компания Tiva Sharifi решила эти проблемы, изготовив электродные материалы таким образом, чтобы эти два этапа – синтез электрокатализатора и нанесение на проводящий материал – были объединены.
Она выращивала электрокатализатор непосредственно на поверхности токосъемника в процессе самосборки снизу вверх. В качестве токоприемника выбрана недорогая токопроводящая подложка из копировальной бумаги.
Обладает приемлемой проводимостью, прост в обращении и масштабировании. Вместо использования дефицитных и, следовательно, дорогих благородных металлов, таких как платина и рутений, в качестве каталитических материалов, она выбрала все органические углеродные материалы, оксиды переходных металлов, такие как оксид кобальта и оксид железа, или их комбинацию.
Тива Шарифи также исследовал углеродные нанотрубки, легированные азотом (NCNT), в качестве электрокатализатора, поскольку их свойства интересны, когда речь идет о производстве всех органических катализаторов, не содержащих металлов.
Она обнаружила, что NCNT, выращенные непосредственно на токоприемнике, являются высокоэффективным электрокатализатором.
NCNT проявляют сильную электрокаталитическую активность в некоторых фундаментальных реакциях преобразования энергии, таких как реакция восстановления кислорода в топливных элементах. Они образуются путем введения азота в чистую гексагональную углеродную структуру углеродных нанотрубок. Интересно, что можно отслеживать азот в углеродном каркасе, и в зависимости от того, где азот заменяет углерод в структуре, нанотрубки ведут себя каталитически по-разному.
В своей диссертации Тива Шарифи показывает, что можно переносить азот из неблагоприятных центров в каталитически активные центры в уже синтезированных NCNT.