વૈજ્ઞાનિકો લાંબા સમયથી જાણે છે કે હાઇડ્રોજન ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે પાણીના અણુઓને વિભાજીત કરવા માટે પ્લેટિનમ અત્યાર સુધીમાં શ્રેષ્ઠ ઉત્પ્રેરક છે. બ્રાઉન યુનિવર્સિટીના સંશોધકો દ્વારા એક નવો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે પ્લેટિનમ શા માટે આટલું સારું કામ કરે છે-અને એવું માનવામાં આવતું નથી.

ACS કેટાલિસિસમાં પ્રકાશિત થયેલું સંશોધન લગભગ સદી જૂના સંશોધન પ્રશ્નને ઉકેલવામાં મદદ કરે છે, લેખકો કહે છે. અને તે હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે નવા ઉત્પ્રેરક ડિઝાઇન કરવામાં મદદ કરી શકે છે જે પ્લેટિનમ કરતાં સસ્તું અને વધુ પુષ્કળ હોય છે. તે આખરે અશ્મિભૂત ઇંધણમાંથી ઉત્સર્જન ઘટાડવામાં મદદ કરી શકે છે.

બ્રાઉન્સ સ્કૂલ ઓફ એન્જિનિયરિંગના સહયોગી પ્રોફેસર અને અભ્યાસના વરિષ્ઠ લેખક એન્ડ્રુ પીટરસનએ જણાવ્યું હતું કે, "જો આપણે હાઇડ્રોજનને સસ્તી અને અસરકારક રીતે કેવી રીતે બનાવવું તે શોધી શકીએ, તો તે અશ્મિ-મુક્ત ઇંધણ અને રસાયણો માટે ઘણા વ્યવહારિક ઉકેલોના દરવાજા ખોલે છે." . "હાઈડ્રોજનનો ઉપયોગ બળતણ કોષોમાં થઈ શકે છે, વધારાના CO2 સાથે બળતણ બનાવવા માટે અથવા નાઈટ્રોજન સાથે એમોનિયા ખાતર બનાવવા માટે સંયુક્ત થઈ શકે છે. હાઇડ્રોજન સાથે આપણે ઘણું બધું કરી શકીએ છીએ, પરંતુ પાણીના વિભાજનને સ્કેલેબલ હાઇડ્રોજન સ્ત્રોત બનાવવા માટે, અમને સસ્તા ઉત્પ્રેરકની જરૂર છે.

પીટરસન કહે છે કે આ પ્રતિક્રિયા માટે પ્લેટિનમ શું ખાસ બનાવે છે તે સમજવાથી નવા ઉત્પ્રેરકની રચના શરૂ થાય છે, અને આ નવા સંશોધનનો ઉદ્દેશ્ય તે જ છે.

પ્લેટિનમની સફળતા લાંબા સમયથી તેની "ગોલ્ડિલૉક્સ" બંધનકર્તા ઊર્જાને આભારી છે. આદર્શ ઉત્પ્રેરક પરમાણુઓને ખૂબ ઢીલા કે ખૂબ કડક રીતે પ્રતિક્રિયા આપતા નથી, પરંતુ મધ્યમાં ક્યાંક પકડે છે. પરમાણુઓને ખૂબ છૂટથી બાંધો અને પ્રતિક્રિયા શરૂ કરવી મુશ્કેલ છે. તેમને ખૂબ જ ચુસ્તપણે બાંધો અને પરમાણુઓ ઉત્પ્રેરકની સપાટી પર વળગી રહે છે, જેનાથી પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ કરવી મુશ્કેલ બને છે. પ્લેટિનમ પર હાઇડ્રોજનની બંધનકર્તા ઊર્જા માત્ર પાણી-વિભાજનની પ્રતિક્રિયાના બે ભાગોને સંપૂર્ણ રીતે સંતુલિત કરવા માટે થાય છે - અને તેથી મોટાભાગના વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે આ તે લક્ષણ છે જે પ્લેટિનમને ખૂબ સારું બનાવે છે.

પરંતુ તે ચિત્ર સાચું હતું કે કેમ તે અંગે પ્રશ્ન કરવાના કારણો હતા, પીટરસન કહે છે. ઉદાહરણ તરીકે, molybdenum disulfide (MoS2) નામની સામગ્રીમાં પ્લેટિનમ જેવી જ બંધનકર્તા ઊર્જા હોય છે, છતાં તે પાણીના વિભાજનની પ્રતિક્રિયા માટે વધુ ખરાબ ઉત્પ્રેરક છે. તે સૂચવે છે કે બંધનકર્તા ઊર્જા સંપૂર્ણ વાર્તા હોઈ શકતી નથી, પીટરસન કહે છે.

શું થઈ રહ્યું છે તે શોધવા માટે, તેમણે અને તેમના સાથીઓએ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓમાં વ્યક્તિગત અણુઓ અને ઇલેક્ટ્રોનની વર્તણૂકનું અનુકરણ કરવા માટે વિકસાવેલી વિશિષ્ટ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્લેટિનમ ઉત્પ્રેરક પર પાણી-વિભાજનની પ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કર્યો.

વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે "ગોલ્ડીલોક્સ" બંધનકર્તા ઊર્જા પર પ્લેટિનમની સપાટી પર બંધાયેલા હાઇડ્રોજન અણુઓ જ્યારે પ્રતિક્રિયા દર વધારે હોય ત્યારે વાસ્તવમાં પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી. તેના બદલે, તેઓ પ્લેટિનમની સપાટીના સ્ફટિકીય સ્તરની અંદર પોતાની જાતને માળો બાંધે છે, જ્યાં તેઓ નિષ્ક્રિય રહે છે. હાઇડ્રોજન અણુઓ જે પ્રતિક્રિયામાં ભાગ લે છે તે માનવામાં આવેલ "ગોલ્ડીલોક" ઊર્જા કરતાં વધુ નબળા બંધાયેલા છે. અને જાળીમાં માળો બાંધવાને બદલે, તેઓ પ્લેટિનમ અણુઓની ટોચ પર બેસે છે, જ્યાં તેઓ H2 ગેસ બનાવવા માટે એકબીજા સાથે મળવા માટે મુક્ત છે.

તે સપાટી પરના હાઇડ્રોજન અણુઓની હિલચાલની સ્વતંત્રતા છે જે પ્લેટિનમને એટલી પ્રતિક્રિયાશીલ બનાવે છે, સંશોધકો તારણ આપે છે.

"આ અમને શું કહે છે કે આ 'ગોલ્ડિલૉક્સ' બંધનકર્તા ઊર્જાની શોધ કરવી એ ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિવાળા પ્રદેશ માટે યોગ્ય ડિઝાઇન સિદ્ધાંત નથી," પીટરસને કહ્યું. "અમે સૂચવીએ છીએ કે ઉત્પ્રેરકની રચના કરવી જે હાઇડ્રોજનને આ અત્યંત મોબાઇલ અને પ્રતિક્રિયાશીલ સ્થિતિમાં મૂકે છે તે જવાનો માર્ગ છે."