Els científics saben des de fa temps que el platí és, amb diferència, el millor catalitzador per dividir les molècules d'aigua per produir gas hidrogen. Un nou estudi d'investigadors de la Universitat de Brown mostra per què el platí funciona tan bé, i no és el motiu pel qual s'ha suposat.

La investigació, publicada a ACS Catalysis, ajuda a resoldre una qüestió d'investigació gairebé centenària, diuen els autors. I podria ajudar a dissenyar nous catalitzadors per produir hidrogen que siguin més barats i més abundants que el platí. En definitiva, això podria ajudar a reduir les emissions dels combustibles fòssils.

"Si podem esbrinar com fer hidrogen de manera econòmica i eficient, obre la porta a moltes solucions pragmàtiques per a combustibles i productes químics lliures de fòssils", va dir Andrew Peterson, professor associat a la Brown's School of Engineering i autor principal de l'estudi. . "L'hidrogen es pot utilitzar a les piles de combustible, combinat amb l'excés de CO2 per fer combustible o combinar-lo amb nitrogen per fer fertilitzant d'amoníac. Hi ha moltes coses que podem fer amb l'hidrogen, però per fer que la divisió de l'aigua sigui una font escalable d'hidrogen, necessitem un catalitzador més barat".

El disseny de nous catalitzadors comença per comprendre què fa que el platí sigui tan especial per a aquesta reacció, diu Peterson, i això és el que aquesta nova investigació pretenia esbrinar.

L'èxit de Platinum s'ha atribuït durant molt de temps a la seva energia d'unió "Rits d'or". Els catalitzadors ideals s'aferren a les molècules que reaccionen ni massa fluixa ni massa forta, sinó en algun lloc al mig. Uneix les molècules massa fluix i és difícil començar una reacció. Uneix-los massa fortament i les molècules s'enganxen a la superfície del catalitzador, fent que la reacció sigui difícil de completar. L'energia d'unió de l'hidrogen al platí només equilibra perfectament les dues parts de la reacció de divisió de l'aigua, de manera que la majoria dels científics han cregut que aquest atribut fa que el platí sigui tan bo.

Però hi havia raons per qüestionar si aquesta imatge era correcta, diu Peterson. Per exemple, un material anomenat disulfur de molibdè (MoS2) té una energia d'unió similar al platí, però és un catalitzador molt pitjor per a la reacció de divisió d'aigua. Això suggereix que l'energia vinculant no pot ser la història completa, diu Peterson.

Per esbrinar què estava passant, ell i els seus col·legues van estudiar la reacció de divisió d'aigua en catalitzadors de platí mitjançant un mètode especial que van desenvolupar per simular el comportament dels àtoms i electrons individuals en reaccions electroquímiques.

L'anàlisi va demostrar que els àtoms d'hidrogen que s'uneixen a la superfície del platí a l'energia d'unió "Goldilocks" no participen realment en la reacció quan la velocitat de reacció és alta. En canvi, s'enclaven dins de la capa cristal·lina superficial del platí, on romanen espectadors inerts. Els àtoms d'hidrogen que participen en la reacció estan molt més dèbilment lligats que la suposada energia "Rits d'or". I en lloc d'enclavar-se a la gelosia, s'asseuen al damunt dels àtoms de platí, on són lliures de trobar-se entre ells per formar gas H2.

És aquesta llibertat de moviment dels àtoms d'hidrogen a la superfície el que fa que el platí sigui tan reactiu, conclouen els investigadors.

"El que això ens diu és que buscar aquesta energia d'unió" Goldilocks "no és el principi de disseny adequat per a la regió d'alta activitat", va dir Peterson. "Suggerim que dissenyar catalitzadors que posin hidrogen en aquest estat altament mòbil i reactiu és el camí a seguir".