تفاعل انتاج الهيدروجين: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
ط بوت: تصليح تحويلة مزدوجة إلى إنتاج الهيدروجين
وسم: غُيَّر هدف التحويلة
أُنشئَت بترجمة الصفحة "Hydrogen evolution reaction"
سطر 1: سطر 1:

#تحويل [[إنتاج الهيدروجين]]
'''تفاعل انتاج الهيدروجين''' (HER) هو تفاعل كيميائي ينتج عنه H<sub>2</sub> . <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=The Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Solution: From Theory, Single Crystal Models, to Practical Electrocatalysts|journal=Angewandte Chemie International Edition|last=Zheng|first=Yao|year=2018|volume=57|issue=26|pages=7568–7579|last2=Jiao|last3=Vasileff|last4=Qiao|first2=Yan|first3=Anthony|first4=Shi‐Zhang|PMID=29194903|DOI=10.1002/anie.201710556}}</ref> يتطلب تحويل البروتونات إلى H<sub>2</sub> خفض تكافؤها وعادةً يستخدم محفز. في الطبيعة، يتم تحفيز تفاعل انتاج الهيدروجين بواسطة إنزيمات [[هيدروجيناز|الهيدروجيناز]] . تستخدم [[تحليل كهربائي|المحللات الكهربية]] التجارية عادة معدن [[بلاتين|البلاتين]] كمحفز. تفاعل انتاج الهيدروجين مفيد لإنتاج غاز الهيدروجين، وتوفير وقود نظيف الاحتراق. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Powering the planet with solar fuel|journal=Nature Chemistry|last=Gray|first=Harry B.|year=2009|volume=1|issue=1|page=7|bibcode=2009NatCh...1....7G|PMID=21378780|DOI=10.1038/nchem.141}}</ref> ومع ذلك، يمكن أن يكون تفاعل انتاج الهيدروجين أيضًا تفاعلًا جانبيًا غير مرحب به في عمليات اختزال أخرى مثل [[تثبيت النيتروجين]] ، أو الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|title=Anticatalytic Strategies to Suppress Water Electrolysis in Aqueous Batteries|journal=Chemical Reviews|last=Sui|first=Yiming|year=2021|volume=121|issue=11|pages=6654–6695|last2=Ji|first2=Xiulei|PMID=33900728|DOI=10.1021/acs.chemrev.1c00191}}</ref> أو [[طلي بالكروم|طلاء الكروم]] .

== في التحليل الكهربائي ==
يعد تفاعل انتاج الهيدروجين HER تفاعلًا رئيسيًا يحدث في التحليل [[تحليل كهربائي للماء|الكهربائي للمياه]] لإنتاج الهيدروجين لكل تطبيقات الطاقة في الصناعة، <ref name=":0">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Hydrogen production from water electrolysis: role of catalysts|صحيفة=Nano Convergence|مؤلف=Wang|الأول=Shan|تاريخ=December 2021|لغة=en|المجلد=8|العدد=1|صفحة=4|مؤلف2=Lu|مؤلف3=Zhong|issn=2196-5404|الأول2=Aolin|الأول3=Chuan-Jian|ببمد_سنترال=7878665|بيب_كود=2021NanoC...8....4W|pmid=33575919|دوي=10.1186/s40580-021-00254-x|doi-access=free}}</ref> بالإضافة إلى الأبحاث المعملية صغيرة النطاق. ونظرًا لوفرة المياه على الأرض، يشكل إنتاج الهيدروجين عملية قابلة للتطوير لتوليد الوقود. يعد هذا بديلاً [[إصلاح البخار|لإصلاح غاز الميثان بالبخار]] <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Criteria Air Pollutants and Greenhouse Gas Emissions from Hydrogen Production in U.S. Steam Methane Reforming Facilities|صحيفة=Environmental Science & Technology|مسار=https://www.osti.gov/biblio/1546962|مؤلف=Sun|الأول=Pingping|تاريخ=2019-06-18|لغة=en|المجلد=53|العدد=12|صفحات=7103–7113|مؤلف2=Young|مؤلف3=Elgowainy|مؤلف4=Lu|مؤلف5=Wang|مؤلف6=Morelli|مؤلف7=Hawkins|issn=0013-936X|الأول2=Ben|الأول3=Amgad|الأول4=Zifeng|الأول5=Michael|الأول6=Ben|الأول7=Troy|بيب_كود=2019EnST...53.7103S|s2cid=141483589|pmid=31039312|دوي=10.1021/acs.est.8b06197|osti=1546962}}</ref> لإنتاج الهيدروجين، الذي ينتج عنه [[غازات دفيئة|انبعاثات غازات دفيئة]] كبيرة، وعلى هذا النحو، يتطلع العلماء إلى تحسين وتوسيع نطاق عمليات التحليل الكهربائي التي لها انبعاثات أقل.

=== آلية التحليل الكهربائي ===
في الظروف الحمضية، يتبع تفاعل تطور الهيدروجين الصيغة التالية: <ref name=":1">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Water electrolysis|صحيفة=Nature Reviews Methods Primers|مسار=https://www.nature.com/articles/s43586-022-00164-0|مؤلف=Shih|الأول=Arthur J.|تاريخ=2022-10-27|لغة=en|المجلد=2|العدد=1|صفحات=1–19|مؤلف2=Monteiro|مؤلف3=Dattila|مؤلف4=Pavesi|مؤلف5=Philips|مؤلف6=da Silva|مؤلف7=Vos|مؤلف8=Ojha|مؤلف9=Park|issn=2662-8449|hdl-access=free|الأول2=Mariana C. O.|الأول3=Federico|الأول4=Davide|الأول5=Matthew|الأول6=Alisson H. M.|الأول7=Rafaël E.|الأول8=Kasinath|الأول9=Sunghak|hdl=1887/3512135|s2cid=253155456|دوي=10.1038/s43586-022-00164-0}}</ref>&lt;math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"&gt;<semantics><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mn><msup><mtext> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mo></mrow></msup><mo> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mo><mn> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mn><msup><mtext> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mo></mrow></msup><mo stretchy="false"> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mo><msubsup><mtext> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> <chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></mn></mrow></msubsup></mrow></mstyle></mrow></semantics>&lt;/math&gt;<chem>2H^+ + 2e^- -> H2</chem></img>

في الظروف المحايدة أو القلوية، يتبع التفاعل الصيغة التالية: <ref name=":1">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Water electrolysis|صحيفة=Nature Reviews Methods Primers|مسار=https://www.nature.com/articles/s43586-022-00164-0|مؤلف=Shih|الأول=Arthur J.|تاريخ=2022-10-27|لغة=en|المجلد=2|العدد=1|صفحات=1–19|مؤلف2=Monteiro|مؤلف3=Dattila|مؤلف4=Pavesi|مؤلف5=Philips|مؤلف6=da Silva|مؤلف7=Vos|مؤلف8=Ojha|مؤلف9=Park|issn=2662-8449|hdl-access=free|الأول2=Mariana C. O.|الأول3=Federico|الأول4=Davide|الأول5=Matthew|الأول6=Alisson H. M.|الأول7=Rafaël E.|الأول8=Kasinath|الأول9=Sunghak|hdl=1887/3512135|s2cid=253155456|دوي=10.1038/s43586-022-00164-0}}<cite class="citation journal cs1" data-ve-ignore="true" id="CITEREFShihMonteiroDattilaPavesi2022">Shih, Arthur J.; Monteiro, Mariana C. O.; Dattila, Federico; Pavesi, Davide; Philips, Matthew; da Silva, Alisson H. M.; Vos, Rafaël E.; Ojha, Kasinath; Park, Sunghak; van der Heijden, Onno; Marcandalli, Giulia; Goyal, Akansha; Villalba, Matias; Chen, Xiaoting; Gunasooriya, G. T. Kasun Kalhara (2022-10-27). [https://www.nature.com/articles/s43586-022-00164-0 "Water electrolysis"]. ''Nature Reviews Methods Primers''. '''2''' (1): 1–19. [[معرف الغرض الرقمي|doi]]:[[doi:10.1038/s43586-022-00164-0|10.1038/s43586-022-00164-0]]. [[نظام المقبض|hdl]]:<span class="id-lock-free" title="Freely accessible">[https://hdl.handle.net/1887%2F3512135 1887/3512135]</span>. [[الرقم التسلسلي القياسي الدولي|ISSN]]&nbsp;[[issn:2662-8449|2662-8449]]. [[سيمانتك سكولر|S2CID]]&nbsp;[https://api.semanticscholar.org/CorpusID:253155456 253155456].</cite></ref>&lt;math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"&gt;<semantics><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn><msubsup><mtext> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn></mrow></msubsup><mtext> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mtext><mo> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mo><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn><msup><mtext> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mo></mrow></msup><mo stretchy="false"> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mo><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn><msubsup><mtext> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn></mrow></msubsup><mo> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mo><mn> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mn><msup><mtext> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> <chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></mo></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow><annotation encoding="application/x-tex"> </annotation></semantics>&lt;/math&gt;<chem>4H2O + 4e^- -> 2H2 + 4OH^-</chem></img>

يمكن رؤية هاتين الآليتين في الممارسات الصناعية على جانب الأنود من المحلل الكهربائي حيث يحدث تصاعد الهيدروجين. في الظروف الحمضية، يشار إليه باسم التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون أو PEM ، بينما في الظروف القلوية [[امتزاز|يشار]] إليه ببساطة باسم التحليل الكهربائي القلوي . تاريخيًا، كان التحليل الكهربائي القلوي هو الطريقة السائدة بين الاثنين، على الرغم من أن طريقة تبادل البروتون بدأت مؤخرًا في النمو بسبب كثافة التيار الأعلى التي يمكن تحقيقها في التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=A comprehensive review on PEM water electrolysis|صحيفة=International Journal of Hydrogen Energy|مسار=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319913002607|مؤلف=Carmo|الأول=Marcelo|تاريخ=2013-04-22|المجلد=38|العدد=12|صفحات=4901–4934|مؤلف2=Fritz|مؤلف3=Mergel|مؤلف4=Stolten|issn=0360-3199|الأول2=David L.|الأول3=Jürgen|الأول4=Detlef|دوي=10.1016/j.ijhydene.2013.01.151}}</ref>

== المراجع ==
<references />
[[تصنيف:هندسة طاقية]]
[[تصنيف:تحليل كهربائي]]

نسخة 07:32، 11 أبريل 2024

تفاعل انتاج الهيدروجين (HER) هو تفاعل كيميائي ينتج عنه H2 . [1] يتطلب تحويل البروتونات إلى H2 خفض تكافؤها وعادةً يستخدم محفز. في الطبيعة، يتم تحفيز تفاعل انتاج الهيدروجين بواسطة إنزيمات الهيدروجيناز . تستخدم المحللات الكهربية التجارية عادة معدن البلاتين كمحفز. تفاعل انتاج الهيدروجين مفيد لإنتاج غاز الهيدروجين، وتوفير وقود نظيف الاحتراق. [2] ومع ذلك، يمكن أن يكون تفاعل انتاج الهيدروجين أيضًا تفاعلًا جانبيًا غير مرحب به في عمليات اختزال أخرى مثل تثبيت النيتروجين ، أو الاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون [3] أو طلاء الكروم .

في التحليل الكهربائي

يعد تفاعل انتاج الهيدروجين HER تفاعلًا رئيسيًا يحدث في التحليل الكهربائي للمياه لإنتاج الهيدروجين لكل تطبيقات الطاقة في الصناعة، [4] بالإضافة إلى الأبحاث المعملية صغيرة النطاق. ونظرًا لوفرة المياه على الأرض، يشكل إنتاج الهيدروجين عملية قابلة للتطوير لتوليد الوقود. يعد هذا بديلاً لإصلاح غاز الميثان بالبخار [5] لإنتاج الهيدروجين، الذي ينتج عنه انبعاثات غازات دفيئة كبيرة، وعلى هذا النحو، يتطلع العلماء إلى تحسين وتوسيع نطاق عمليات التحليل الكهربائي التي لها انبعاثات أقل.

آلية التحليل الكهربائي

في الظروف الحمضية، يتبع تفاعل تطور الهيدروجين الصيغة التالية: [6]<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> </mn><msup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> </mo></mrow></msup><mo> </mo><mn> </mn><msup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> </mo></mrow></msup><mo stretchy="false"> </mo><msubsup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> </mn></mrow></msubsup></mrow></mstyle></mrow></semantics></math></img>

في الظروف المحايدة أو القلوية، يتبع التفاعل الصيغة التالية: [6]<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> </mn><msubsup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> </mn></mrow></msubsup><mtext> </mtext><mo> </mo><mn> </mn><msup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> </mo></mrow></msup><mo stretchy="false"> </mo><mn> </mn><msubsup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mn> </mn></mrow></msubsup><mo> </mo><mn> </mn><msup><mtext> </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mo> </mo></mrow></msup></mrow></mstyle></mrow><annotation encoding="application/x-tex"> </annotation></semantics></math></img>

يمكن رؤية هاتين الآليتين في الممارسات الصناعية على جانب الأنود من المحلل الكهربائي حيث يحدث تصاعد الهيدروجين. في الظروف الحمضية، يشار إليه باسم التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون أو PEM ، بينما في الظروف القلوية يشار إليه ببساطة باسم التحليل الكهربائي القلوي . تاريخيًا، كان التحليل الكهربائي القلوي هو الطريقة السائدة بين الاثنين، على الرغم من أن طريقة تبادل البروتون بدأت مؤخرًا في النمو بسبب كثافة التيار الأعلى التي يمكن تحقيقها في التحليل الكهربائي بغشاء تبادل البروتون. [7]

المراجع

  1. ^ Zheng، Yao؛ Jiao، Yan؛ Vasileff، Anthony؛ Qiao، Shi‐Zhang (2018). "The Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Solution: From Theory, Single Crystal Models, to Practical Electrocatalysts". Angewandte Chemie International Edition. ج. 57 ع. 26: 7568–7579. DOI:10.1002/anie.201710556. PMID:29194903.
  2. ^ Gray، Harry B. (2009). "Powering the planet with solar fuel". Nature Chemistry. ج. 1 ع. 1: 7. Bibcode:2009NatCh...1....7G. DOI:10.1038/nchem.141. PMID:21378780.
  3. ^ Sui، Yiming؛ Ji، Xiulei (2021). "Anticatalytic Strategies to Suppress Water Electrolysis in Aqueous Batteries". Chemical Reviews. ج. 121 ع. 11: 6654–6695. DOI:10.1021/acs.chemrev.1c00191. PMID:33900728.
  4. ^ Wang, Shan; Lu, Aolin; Zhong, Chuan-Jian (Dec 2021). "Hydrogen production from water electrolysis: role of catalysts". Nano Convergence (بالإنجليزية). 8 (1): 4. Bibcode:2021NanoC...8....4W. DOI:10.1186/s40580-021-00254-x. ISSN:2196-5404. PMC:7878665. PMID:33575919.
  5. ^ Sun, Pingping; Young, Ben; Elgowainy, Amgad; Lu, Zifeng; Wang, Michael; Morelli, Ben; Hawkins, Troy (18 Jun 2019). "Criteria Air Pollutants and Greenhouse Gas Emissions from Hydrogen Production in U.S. Steam Methane Reforming Facilities". Environmental Science & Technology (بالإنجليزية). 53 (12): 7103–7113. Bibcode:2019EnST...53.7103S. DOI:10.1021/acs.est.8b06197. ISSN:0013-936X. OSTI:1546962. PMID:31039312. S2CID:141483589.
  6. ^ أ ب Shih, Arthur J.; Monteiro, Mariana C. O.; Dattila, Federico; Pavesi, Davide; Philips, Matthew; da Silva, Alisson H. M.; Vos, Rafaël E.; Ojha, Kasinath; Park, Sunghak (27 Oct 2022). "Water electrolysis". Nature Reviews Methods Primers (بالإنجليزية). 2 (1): 1–19. DOI:10.1038/s43586-022-00164-0. hdl:1887/3512135. ISSN:2662-8449. S2CID:253155456. وسم <ref> غير صالح؛ الاسم ":1" معرف أكثر من مرة بمحتويات مختلفة.
  7. ^ Carmo، Marcelo؛ Fritz، David L.؛ Mergel، Jürgen؛ Stolten، Detlef (22 أبريل 2013). "A comprehensive review on PEM water electrolysis". International Journal of Hydrogen Energy. ج. 38 ع. 12: 4901–4934. DOI:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151. ISSN:0360-3199.