Учените отдавна знаят, че платината е най-добрият катализатор за разделяне на водни молекули за получаване на водороден газ. Ново проучване на изследователи от университета Браун показва защо платината работи толкова добре - и това не е причината, която се предполага.

Изследването, публикувано в ACS Catalysis, помага за разрешаването на почти вековен изследователски въпрос, казват авторите. И може да помогне при проектирането на нови катализатори за производство на водород, които са по-евтини и по-разпространени от платината. Това в крайна сметка може да помогне за намаляване на емисиите от изкопаеми горива.

„Ако можем да разберем как да произвеждаме водород евтино и ефективно, това отваря вратата към много прагматични решения за несъдържащи изкопаеми горива и химикали“, каза Андрю Питърсън, доцент в Инженерното училище на Браун и главен автор на изследването . „Водородът може да се използва в горивни клетки, комбиниран с излишък от CO2 за производство на гориво или комбиниран с азот за производство на амонячен тор. Има много неща, които можем да направим с водорода, но за да превърнем разцепването на водата в мащабируем източник на водород, се нуждаем от по-евтин катализатор.

Проектирането на нови катализатори започва с разбирането какво прави платината толкова специална за тази реакция, казва Питърсън, и това е целта на това ново изследване да разбере.

Успехът на Platinum отдавна се приписва на неговата обвързваща енергия на „Златокоска“. Идеалните катализатори се придържат към реагиращите молекули нито твърде хлабаво, нито твърде плътно, а някъде по средата. Свържете молекулите твърде хлабаво и е трудно да започнете реакция. Свържете ги твърде здраво и молекулите се придържат към повърхността на катализатора, което прави реакцията трудна за завършване. Свързващата енергия на водорода върху платината просто балансира идеално двете части на реакцията на разделяне на водата - и затова повечето учени вярват, че това е това свойство, което прави платината толкова добра.

Но имаше причини да се съмняваме дали тази картина е правилна, казва Питърсън. Например, материал, наречен молибденов дисулфид (MoS2), има енергия на свързване, подобна на платината, но е много по-лош катализатор за реакцията на разделяне на водата. Това предполага, че свързващата енергия не може да бъде цялата история, казва Питърсън.

За да разберат какво се случва, той и колегите му изследваха реакцията на разделяне на водата върху платинени катализатори, използвайки специален метод, който разработиха, за да симулират поведението на отделни атоми и електрони в електрохимични реакции.

Анализът показа, че водородните атоми, които са свързани с повърхността на платината при енергията на свързване на „Златокоска“, всъщност изобщо не участват в реакцията, когато скоростта на реакцията е висока. Вместо това те се сгушват в повърхностния кристален слой на платината, където остават инертни странични наблюдатели. Водородните атоми, които наистина участват в реакцията, са много по-слабо свързани от предполагаемата енергия на „Златокоска“. И вместо да се сгушат в решетката, те седят на върха на атомите на платината, където са свободни да се срещат един с друг, за да образуват газ Н2.

Свободата на движение на водородните атоми на повърхността прави платината толкова реактивна, заключават изследователите.

„Това ни казва, че търсенето на тази свързваща енергия на „Златокоска“ не е правилният принцип на проектиране за региона с висока активност“, каза Питърсън. „Предполагаме, че проектирането на катализатори, които поставят водорода в това силно подвижно и реактивно състояние, е правилният начин.“