वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए पानी के अणुओं को विभाजित करने के लिए प्लैटिनम अब तक का सबसे अच्छा उत्प्रेरक है। ब्राउन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं द्वारा किए गए एक नए अध्ययन से पता चलता है कि प्लैटिनम इतनी अच्छी तरह से क्यों काम करता है - और यह वह कारण नहीं है जिसे माना गया है।

लेखकों का कहना है कि एसीएस कैटालिसिस में प्रकाशित शोध, लगभग एक सदी पुराने शोध प्रश्न को हल करने में मदद करता है। और यह हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए नए उत्प्रेरकों को डिजाइन करने में सहायता कर सकता है जो प्लैटिनम की तुलना में सस्ते और अधिक प्रचुर मात्रा में हैं। यह अंततः जीवाश्म ईंधन से उत्सर्जन को कम करने में मदद कर सकता है।

ब्राउन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक एंड्रयू पीटरसन ने कहा, "अगर हम यह पता लगा सकें कि सस्ते और कुशलता से हाइड्रोजन कैसे बनाया जाए, तो यह जीवाश्म मुक्त ईंधन और रसायनों के लिए कई व्यावहारिक समाधानों के द्वार खोलता है।" . “हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में किया जा सकता है, अतिरिक्त CO2 के साथ मिलाकर ईंधन बनाया जा सकता है या नाइट्रोजन के साथ मिलाकर अमोनिया उर्वरक बनाया जा सकता है। हम हाइड्रोजन के साथ बहुत कुछ कर सकते हैं, लेकिन पानी को विभाजित करने को एक स्केलेबल हाइड्रोजन स्रोत बनाने के लिए, हमें एक सस्ते उत्प्रेरक की आवश्यकता है।

पीटरसन कहते हैं, नए उत्प्रेरकों को डिज़ाइन करना यह समझने से शुरू होता है कि इस प्रतिक्रिया के लिए प्लैटिनम को इतना खास क्या बनाता है, और इस नए शोध का लक्ष्य यही पता लगाना है।

प्लैटिनम की सफलता का श्रेय लंबे समय से इसकी "गोल्डीलॉक्स" बंधनकारी ऊर्जा को दिया जाता रहा है। आदर्श उत्प्रेरक प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं को न तो बहुत ढीला और न ही बहुत कसकर पकड़ते हैं, बल्कि बीच में कहीं पकड़ते हैं। अणुओं को बहुत ढीले ढंग से बांधें और प्रतिक्रिया शुरू करना मुश्किल हो जाता है। उन्हें बहुत मजबूती से बांधें और अणु उत्प्रेरक की सतह से चिपक जाते हैं, जिससे प्रतिक्रिया को पूरा करना मुश्किल हो जाता है। प्लैटिनम पर हाइड्रोजन की बंधन ऊर्जा जल-विभाजन प्रतिक्रिया के दो हिस्सों को पूरी तरह से संतुलित करने के लिए होती है - और इसलिए अधिकांश वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि यह वह विशेषता है जो प्लैटिनम को इतना अच्छा बनाती है।

लेकिन पीटरसन का कहना है कि यह सवाल करने के कई कारण थे कि क्या वह तस्वीर सही थी। उदाहरण के लिए, मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (MoS2) नामक सामग्री में प्लैटिनम के समान बाध्यकारी ऊर्जा होती है, फिर भी यह जल-विभाजन प्रतिक्रिया के लिए बहुत खराब उत्प्रेरक है। पीटरसन का कहना है कि इससे पता चलता है कि बाध्यकारी ऊर्जा पूरी कहानी नहीं हो सकती।

यह पता लगाने के लिए कि क्या हो रहा था, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं में व्यक्तिगत परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार को अनुकरण करने के लिए विकसित एक विशेष विधि का उपयोग करके प्लैटिनम उत्प्रेरक पर जल-विभाजन प्रतिक्रिया का अध्ययन किया।

विश्लेषण से पता चला कि हाइड्रोजन परमाणु जो "गोल्डीलॉक्स" बंधन ऊर्जा पर प्लैटिनम की सतह से बंधे हैं, प्रतिक्रिया दर अधिक होने पर वास्तव में प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं। इसके बजाय, वे प्लैटिनम की सतह क्रिस्टलीय परत के भीतर खुद को बसाते हैं, जहां वे निष्क्रिय दर्शक बने रहते हैं। प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले हाइड्रोजन परमाणु अनुमानित "गोल्डीलॉक्स" ऊर्जा की तुलना में कहीं अधिक कमजोर रूप से बंधे होते हैं। और जाली में बसने के बजाय, वे प्लैटिनम परमाणुओं के ऊपर बैठते हैं, जहां वे H2 गैस बनाने के लिए एक-दूसरे से मिलने के लिए स्वतंत्र होते हैं।

शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला है कि सतह पर हाइड्रोजन परमाणुओं की गति की स्वतंत्रता ही प्लैटिनम को इतना प्रतिक्रियाशील बनाती है।

पीटरसन ने कहा, "यह हमें बताता है कि इस 'गोल्डीलॉक्स' बाइंडिंग एनर्जी की तलाश उच्च गतिविधि क्षेत्र के लिए सही डिजाइन सिद्धांत नहीं है।" "हम सुझाव देते हैं कि ऐसे उत्प्रेरकों को डिज़ाइन करना जो हाइड्रोजन को इस अत्यधिक गतिशील और प्रतिक्रियाशील अवस्था में रखें, यही रास्ता है।"