Навукоўцы даўно ведаюць, што плаціна з'яўляецца найлепшым каталізатарам для расшчаплення малекул вады для атрымання газападобнага вадароду. Новае даследаванне даследчыкаў Універсітэта Браўна паказвае, чаму плаціна працуе так добра - і гэта не прычына, якая меркавалася.

Даследаванне, апублікаванае ў ACS Catalysis, дапамагае вырашыць даследчае пытанне амаль векавой даўнасці, кажуць аўтары. І гэта магло б дапамагчы ў распрацоўцы новых каталізатараў для вытворчасці вадароду, якія танней і з большай колькасцю плаціны. Гэта можа ў канчатковым рахунку дапамагчы ў скарачэнні выкідаў ад выкапнёвага паліва.

«Калі мы зможам высветліць, як вырабляць вадарод танна і эфектыўна, гэта адкрые шлях да мноства прагматычных рашэнняў для выкарыстання без выкапнёвага паліва і хімічных рэчываў», — сказаў Эндру Петэрсан, дацэнт Інжынернай школы Браўна і старэйшы аўтар даследавання. . «Вадарод можа выкарыстоўвацца ў паліўных элементах у спалучэнні з лішкам CO2 для атрымання паліва або ў спалучэнні з азотам для атрымання аміячнага ўгнаення. Мы можам шмат зрабіць з вадародам, але каб зрабіць расшчапленне вады маштабаванай крыніцай вадароду, нам патрэбны больш танны каталізатар».

Распрацоўка новых каталізатараў пачынаецца з разумення таго, што робіць плаціну такой асаблівай для гэтай рэакцыі, кажа Петэрсан, і гэта тое, што гэтае новае даследаванне імкнулася высветліць.

Поспех Platinum доўгі час тлумачыўся яго злучнай энергіяй «Златовласка». Ідэальныя каталізатары трымаюцца на рэагуючых малекулах ні занадта слаба, ні занадта моцна, а дзесьці пасярэдзіне. Звязваюць малекулы занадта слаба, і цяжка пачаць рэакцыю. Звяжыце іх занадта моцна, і малекулы прыліпнуць да паверхні каталізатара, ускладняючы завяршэнне рэакцыі. Энергія сувязі вадароду з плацінай проста ідэальна ўраўнаважвае дзве часткі рэакцыі расшчаплення вады - і таму большасць навукоўцаў лічаць, што менавіта гэта ўласцівасць робіць плаціну такой добрай.

Але былі падставы сумнявацца ў тым, што гэтая карціна была правільнай, кажа Петэрсан. Напрыклад, матэрыял пад назвай дысульфід малібдэна (MoS2) мае энергію сувязі, падобную да плаціны, але з'яўляецца значна горшым каталізатарам для рэакцыі расшчаплення вады. Гэта сведчыць аб тым, што энергія сувязі не можа быць поўнай гісторыяй, кажа Петэрсан.

Каб высветліць, што адбываецца, ён і яго калегі вывучылі рэакцыю расшчаплення вады на плацінавых каталізатарах з дапамогай спецыяльнага метаду, які яны распрацавалі для мадэлявання паводзін асобных атамаў і электронаў у электрахімічных рэакцыях.

Аналіз паказаў, што атамы вадароду, звязаныя з паверхняй плаціны з энергіяй сувязі «Златовласка», на самай справе наогул не ўдзельнічаюць у рэакцыі, калі хуткасць рэакцыі высокая. Замест гэтага яны размяшчаюцца ў павярхоўным крышталічным пласце плаціны, дзе застаюцца інэртнымі назіральнікамі. Атамы вадароду, якія сапраўды ўдзельнічаюць у рэакцыі, звязаны значна слабей, чым меркаваная энергія «Златовласка». І замест таго, каб туліцца ў рашотцы, яны сядзяць на вяршыні атамаў плаціны, дзе могуць свабодна сустракацца адзін з адным, утвараючы газ Н2.

Менавіта тая свабода перамяшчэння атамаў вадароду на паверхні робіць плаціну такой рэакцыйнай, заключаюць даследчыкі.

«Гэта кажа нам пра тое, што пошук гэтай энергіі звязвання «Златовласки» не з'яўляецца правільным прынцыпам праектавання для рэгіёна з высокай актыўнасцю», - сказаў Петэрсан. «Мы мяркуем, што распрацоўка каталізатараў, якія пераводзяць вадарод у гэты вельмі мабільны і рэакцыйны стан, - гэта правільны шлях».