Mae gwyddonwyr wedi gwybod ers tro mai platinwm yw'r catalydd gorau o bell ffordd ar gyfer hollti moleciwlau dŵr i gynhyrchu nwy hydrogen. Mae astudiaeth newydd gan ymchwilwyr Prifysgol Brown yn dangos pam mae platinwm yn gweithio cystal - ac nid dyna'r rheswm a dybiwyd.

Mae'r ymchwil, a gyhoeddwyd yn ACS Catalysis, yn helpu i ddatrys cwestiwn ymchwil bron yn ganrif oed, meddai'r awduron. A gallai helpu i ddylunio catalyddion newydd ar gyfer cynhyrchu hydrogen sy'n rhatach ac yn fwy helaeth na phlatinwm. Yn y pen draw, gallai hynny helpu i leihau allyriadau o danwydd ffosil.

“Os gallwn ddarganfod sut i wneud hydrogen yn rhad ac yn effeithlon, mae’n agor y drws i lawer o atebion pragmatig ar gyfer tanwyddau a chemegau di-ffosil,” meddai Andrew Peterson, athro cyswllt yn Ysgol Beirianneg Brown ac uwch awdur yr astudiaeth. . “Gellir defnyddio hydrogen mewn celloedd tanwydd, ynghyd â gormodedd o CO2 i wneud tanwydd neu ei gyfuno â nitrogen i wneud gwrtaith amonia. Mae yna lawer y gallwn ei wneud gyda hydrogen, ond i wneud hollti dŵr yn ffynhonnell hydrogen y gellir ei raddio, mae angen catalydd rhatach arnom.”

Mae dylunio catalyddion newydd yn dechrau gyda deall beth sy'n gwneud platinwm mor arbennig ar gyfer yr adwaith hwn, meddai Peterson, a dyna oedd nod yr ymchwil newydd hwn ei ddarganfod.

Mae llwyddiant Platinwm wedi'i briodoli ers tro i'w egni rhwymol “Goldilocks”. Mae catalyddion delfrydol yn dal gafael ar foleciwlau sy'n adweithio nid yn rhy llac nac yn rhy dynn, ond rhywle yn y canol. Rhwymwch y moleciwlau yn rhy llac ac mae'n anodd dechrau adwaith. Rhwymwch nhw'n rhy dynn ac mae moleciwlau'n glynu at wyneb y catalydd, gan wneud adwaith yn anodd ei gwblhau. Mae egni rhwymol hydrogen ar blatinwm yn digwydd i gydbwyso dwy ran yr adwaith hollti dŵr yn berffaith - ac felly mae'r rhan fwyaf o wyddonwyr wedi credu mai'r nodwedd honno sy'n gwneud platinwm cystal.

Ond roedd yna resymau i gwestiynu a oedd y llun hwnnw’n gywir, meddai Peterson. Er enghraifft, mae gan ddeunydd o'r enw disulfide molybdenwm (MoS2) egni rhwymol tebyg i blatinwm, ond eto mae'n gatalydd llawer gwaeth ar gyfer yr adwaith hollti dŵr. Mae hynny'n awgrymu na all egni rhwymol fod yn stori lawn, meddai Peterson.

I ddarganfod beth oedd yn digwydd, astudiodd ef a'i gydweithwyr yr adwaith hollti dŵr ar gatalyddion platinwm gan ddefnyddio dull arbennig a ddatblygwyd ganddynt i efelychu ymddygiad atomau ac electronau unigol mewn adweithiau electrocemegol.

Dangosodd y dadansoddiad nad yw'r atomau hydrogen sydd wedi'u rhwymo i wyneb platinwm yn yr egni rhwymo “Elen Benfelen” yn cymryd rhan yn yr adwaith o gwbl pan fo'r gyfradd adwaith yn uchel. Yn lle hynny, maent yn swatio o fewn haen grisialaidd arwyneb y platinwm, lle maent yn parhau i fod yn wylwyr anadweithiol. Mae'r atomau hydrogen sy'n cymryd rhan yn yr adwaith wedi'u rhwymo'n llawer gwannach na'r egni “Elen Benfelen” tybiedig. Ac yn hytrach na swatio yn y dellt, maen nhw'n eistedd ar ben yr atomau platinwm, lle maen nhw'n rhydd i gwrdd â'i gilydd i ffurfio nwy H2.

Y rhyddid hwnnw i symud atomau hydrogen ar yr wyneb sy'n gwneud platinwm mor adweithiol, yn ôl yr ymchwilwyr.

“Yr hyn y mae hyn yn ei ddweud wrthym yw nad chwilio am yr egni rhwymol 'Elen Benfelen' hwn yw'r egwyddor ddylunio gywir ar gyfer y rhanbarth gweithgaredd uchel,” meddai Peterson. “Rydym yn awgrymu mai dylunio catalyddion sy’n rhoi hydrogen yn y cyflwr hynod symudol ac adweithiol hwn yw’r ffordd i fynd.”