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Wir beobachten ein bislang beispielloses Wachstum in elektrifizierten Prozessen im industriellen Maßstab für die Produktion von Brennstoffen und Chemikalien. Dazu gehört die Produktion von Wasserstoff, kohlenstoffbasierten Molekülen (z.B. CO, Ethylen) und Ammoniak, unter anderem. Dennoch bestehen zahlreiche technische Herausforderungen, um die Kostenziele für diese Technologien zu erreichen und eine Skalierung zu ermöglichen. Das Verständnis von Nanomaterialien unter Reaktionsbedingungen ist entscheidend für die Gestaltung und Entwicklung von Systemen mit verbesserter Leistung und Haltbarkeit, um zentrale Bedürfnisse zu adressieren. Dieses Papier beschreibt Bemühungen, elektrifizierte Grenzflächen im Nano-Maßstab zu verstehen, von fundamentalen Systemen bis hin zu angewandten Systemen und dies unter relevanten Betriebsbedingungen. Zu den Methoden gehören Röntgenverfahren zur Beobachtung der chemischen Dynamik von Katalysatoren, Infrarotspektroskopie und Neutronenreflektometrie zur Überwachung elektrifizierter Grenzflächen im Nano-Maßstab, Mikroskopie zur Beobachtung des Massentransports und der Kristallisation in porösen Medien sowie induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie zur quantitativen Messung von Korrosionsphänomenen. Die Entwicklung und Implementierung dieser In-situ/Operando-Techniken liefern die Erkenntnisse, die zur Weiterentwicklung dieser aufkommenden Technologien in Richtung einer breiteren Kommerzialisierung erforderlich sind.
Thomas F. Jaramillo (Fr.) hat diese Frage untersucht.