ऊर्जा और उत्प्रेरक सामग्री
ऊर्जा और उत्प्रेरक सामग्री वे ठोस पदार्थ हैं जो ऊर्जा को संग्रहीत, परिवर्तित और रूपांतरित करते हैं — बैटरी इलेक्ट्रोड, सौर अवशोषक, विषम उत्प्रेरक और छिद्रपूर्ण ढाँचे — जिनकी रसायन विज्ञान स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की दक्षता निर्धारित करती है।
Definition
ऊर्जा और उत्प्रेरक सामग्री कार्यात्मक ठोस पदार्थ हैं जिन्हें ऊर्जा संग्रहीत करने, ऊर्जा के एक रूप को दूसरे में परिवर्तित करने, या रासायनिक परिवर्तनों को उत्प्रेरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिनका व्यवहार आयन और इलेक्ट्रॉन परिवहन, प्रकाश अवशोषण और सतह प्रतिक्रियाशीलता द्वारा नियंत्रित होता है।
Scope
यह क्षेत्र ऊर्जा और उत्प्रेरण के उद्देश्य से सामग्री रसायन विज्ञान को शामिल करता है: इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट सामग्री जो बैटरी में विद्युत रासायनिक रूप से आवेश को संग्रहीत करती हैं; प्रकाश अवशोषक और प्रकाशविद्युत रासायनिक सामग्री जो सूर्य के प्रकाश को बिजली या ईंधन में परिवर्तित करती हैं; विषम उत्प्रेरक जिनकी सतहें रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज करती हैं; और गैस भंडारण, पृथक्करण और उत्प्रेरण के लिए उपयोग किए जाने वाले छिद्रपूर्ण धातु-कार्बनिक ढाँचे। यह भंडारण और रूपांतरण में प्रदर्शन के लिए संरचना, संरचना और सतह रसायन विज्ञान को जोड़ता है।
Sub-topics
Core questions
- इलेक्ट्रोड सामग्री बैटरी में आवेश को कैसे संग्रहीत और मुक्त करती है?
- सामग्री सूर्य के प्रकाश को कैसे अवशोषित करती है और इसे बिजली या ईंधन में कैसे परिवर्तित करती है?
- एक ठोस सतह को एक प्रभावी विषम उत्प्रेरक क्या बनाता है?
- छिद्रपूर्ण ढाँचे गैसों को कैसे संग्रहीत करते हैं और उत्प्रेरक स्थलों की मेजबानी कैसे करते हैं?
Key concepts
- इंटरकैलेशन इलेक्ट्रोड
- ठोस और तरल इलेक्ट्रोलाइट्स
- प्रकाश अवशोषण और आवेश पृथक्करण
- विषम उत्प्रेरण
- छिद्रपूर्ण ढाँचे
- ऊर्जा घनत्व और दक्षता
Key theories
- इलेक्ट्रोड में विद्युत रासायनिक ऊर्जा भंडारण
- रिचार्जेबल बैटरी मेजबान इलेक्ट्रोड संरचनाओं में आयनों को प्रतिवर्ती रूप से डालकर ऊर्जा संग्रहीत करती हैं जबकि इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से प्रवाहित होते हैं; क्षमता, वोल्टेज और चक्र जीवन इलेक्ट्रोड सामग्री के संरचनात्मक और रेडॉक्स रसायन विज्ञान द्वारा निर्धारित होते हैं।
- प्रकाश संचयन और प्रकाशविद्युत रासायनिक रूपांतरण
- सौर रूपांतरण उन सामग्रियों का उपयोग करता है जो आवेश वाहकों को उत्पन्न करने के लिए फोटॉन को अवशोषित करते हैं, जिन्हें बाद में अलग और एकत्र किया जाता है; डाई-संवेदी और अर्धचालक प्रकाशविद्युत इलेक्ट्रोड प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करते हैं या जल विभाजन जैसी ईंधन-निर्माण प्रतिक्रियाओं को संचालित करते हैं।
Clinical relevance
ऊर्जा और उत्प्रेरक सामग्री स्थायी ऊर्जा में संक्रमण के लिए केंद्रीय हैं: बैटरी सामग्री इलेक्ट्रिक वाहनों और ग्रिड भंडारण को शक्ति प्रदान करती है, फोटोवोल्टिक और प्रकाशविद्युत रासायनिक सामग्री सूर्य के प्रकाश को शक्ति और ईंधन में परिवर्तित करती है, और उत्प्रेरक और ढाँचे कुशल रासायनिक विनिर्माण, उत्सर्जन नियंत्रण और कार्बन कैप्चर को सक्षम करते हैं।
History
सामग्री रसायन विज्ञान ने आधुनिक ऊर्जा परिदृश्य को संचालित किया है: 1970 और 1980 के दशक में व्हिटिंगम, गुडइनफ और अन्य द्वारा इंटरकैलेशन इलेक्ट्रोड के विकास ने लिथियम-आयन बैटरी को संभव बनाया, 1991 की ग्रैट्ज़ेल की डाई-संवेदी सौर सेल ने फोटोवोल्टिक्स को फिर से परिभाषित किया, और दशकों के उत्प्रेरक और ढाँचा रसायन विज्ञान ने स्वच्छ-ऊर्जा और रासायनिक प्रौद्योगिकियों को आकार दिया है।
Key figures
- John B. Goodenough
- M. Stanley Whittingham
- Michael Grätzel
Related topics
Seminal works
- armand2008
- gratzel2001
- chu2012
Frequently asked questions
- बैटरी, सौर और उत्प्रेरक सामग्री को एक क्षेत्र में क्या जोड़ता है?
- ये तीनों इस बात पर निर्भर करते हैं कि इलेक्ट्रॉन और आयन ठोस पदार्थों के माध्यम से कैसे चलते हैं और सतहों और अंतरापृष्ठों पर रासायनिक प्रतिक्रियाएं कैसे होती हैं। वही सामग्री-रसायन विज्ञान सिद्धांत — रेडॉक्स रसायन विज्ञान, परिवहन और सतह प्रतिक्रियाशीलता — ऊर्जा भंडारण, प्रकाश रूपांतरण और उत्प्रेरण को नियंत्रित करते हैं।
- सामग्री रसायन विज्ञान को स्वच्छ ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण क्यों माना जाता है?
- स्वच्छ-ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का प्रदर्शन और लागत आमतौर पर सामग्री द्वारा सीमित होती है: बैटरी की क्षमता, सौर सेल की दक्षता, या उत्प्रेरक की गतिविधि। इनमें सुधार सामग्री की खोज और परिष्करण पर निर्भर करता है, जो ऊर्जा सामग्री रसायन विज्ञान का कार्य है।