Naučnici odavno znaju da je platina daleko najbolji katalizator za cijepanje molekula vode za proizvodnju plinovitog vodonika. Nova studija istraživača sa Univerziteta Brown pokazuje zašto platina djeluje tako dobro - a to nije razlog koji se pretpostavlja.

Istraživanje, objavljeno u ACS Catalysis, pomaže u rješavanju skoro stoljetnog istraživačkog pitanja, kažu autori. I to bi moglo pomoći u dizajniranju novih katalizatora za proizvodnju vodika koji su jeftiniji i bogatiji od platine. To bi u konačnici moglo pomoći u smanjenju emisija iz fosilnih goriva.

„Ako možemo da shvatimo kako da proizvedemo vodonik jeftino i efikasno, to otvara vrata za mnogo pragmatičnih rešenja za goriva i hemikalije bez fosila“, rekao je Andrew Peterson, vanredni profesor na Brown's School of Engineering i stariji autor studije . „Vodonik se može koristiti u gorivnim ćelijama, u kombinaciji sa viškom CO2 za proizvodnju goriva ili u kombinaciji sa azotom za proizvodnju amonijačnog đubriva. Možemo mnogo toga da uradimo sa vodonikom, ali da bismo cijepanje vode učinili skalabilnim izvorom vodonika, potreban nam je jeftiniji katalizator.”

Dizajniranje novih katalizatora počinje razumijevanjem što platinu čini tako posebnom za ovu reakciju, kaže Peterson, i to je ono što je ovo novo istraživanje imalo za cilj da otkrije.

Platinum uspeh se dugo pripisuje njenoj vezivnoj energiji „Zlatokose“. Idealni katalizatori se drže molekula koji reaguju ni previše labavo ni previše čvrsto, već negdje u sredini. Vežite molekule previše labavo i teško je pokrenuti reakciju. Vežite ih previše čvrsto i molekule se zalijepe za površinu katalizatora, što otežava završetak reakcije. Energija vezivanja vodonika na platini jednostavno savršeno balansira dva dijela reakcije cijepanja vode - i tako većina naučnika vjeruje da je to atribut koji platinu čini tako dobrom.

Ali bilo je razloga da se postavi pitanje da li je ta slika tačna, kaže Peterson. Na primjer, materijal nazvan molibden disulfid (MoS2) ima energiju vezivanja sličnu platini, ali je daleko gori katalizator za reakciju cijepanja vode. To sugerira da energija vezivanja ne može biti potpuna priča, kaže Peterson.

Kako bi otkrili što se događa, on i njegove kolege proučavali su reakciju cijepanja vode na platinskim katalizatorima koristeći posebnu metodu koju su razvili za simulaciju ponašanja pojedinačnih atoma i elektrona u elektrohemijskim reakcijama.

Analiza je pokazala da atomi vodonika koji su vezani za površinu platine na energiji vezivanja „Zlatokosa“ zapravo uopće ne učestvuju u reakciji kada je brzina reakcije velika. Umjesto toga, oni se ugnijezde unutar površinskog kristalnog sloja platine, gdje ostaju inertni promatrači. Atomi vodika koji sudjeluju u reakciji daleko su slabije vezani od navodne energije "Zlatokosa". I umjesto da se gnijezde u rešetki, oni sjede na atomima platine, gdje su slobodni da se sastanu jedni s drugima i formiraju plin H2.

Upravo ta sloboda kretanja atoma vodika na površini čini platinu tako reaktivnom, zaključuju istraživači.

„Ovo nam govori da traženje ove energije vezivanja 'Zlatokose' nije pravi princip dizajna za region visoke aktivnosti," rekao je Peterson. “Predlažemo da je dizajniranje katalizatora koji dovode vodik u ovo visoko mobilno i reaktivno stanje pravi put.”