Znanstvenici već dugo znaju da je platina daleko najbolji katalizator za cijepanje molekula vode za proizvodnju vodika. Nova studija istraživača Sveučilišta Brown pokazuje zašto platina djeluje tako dobro – a to nije razlog koji se pretpostavljao.

Istraživanje, objavljeno u ACS Catalysis, pomaže riješiti gotovo stoljeće staro istraživačko pitanje, kažu autori. I to bi moglo pomoći u dizajniranju novih katalizatora za proizvodnju vodika koji su jeftiniji i imaju više od platine. To bi u konačnici moglo pomoći u smanjenju emisija iz fosilnih goriva.

"Ako možemo otkriti kako proizvoditi vodik jeftino i učinkovito, to otvara vrata mnogim pragmatičnim rješenjima za goriva i kemikalije bez fosilnih goriva", rekao je Andrew Peterson, izvanredni profesor na Brown's School of Engineering i stariji autor studije . “Vodik se može koristiti u gorivim ćelijama, u kombinaciji s viškom CO2 za proizvodnju goriva ili u kombinaciji s dušikom za stvaranje gnojiva amonijaka. Mnogo toga možemo učiniti s vodikom, ali da bismo cijepanje vode učinili skalabilnim izvorom vodika, trebamo jeftiniji katalizator.”

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

Uspjeh Platinuma dugo se pripisivao njegovoj vezivnoj energiji “Zlatokose”. Idealni katalizatori drže molekule koje reagiraju ni previše labavo ni previše čvrsto, već negdje u sredini. Vezati molekule previše labavo i teško je pokrenuti reakciju. Prečvrsto ih vežite i molekule se lijepe za površinu katalizatora, što otežava dovršetak reakcije. Energija vezanja vodika na platinu slučajno savršeno uravnotežuje dva dijela reakcije razdvajanja vode—pa većina znanstvenika vjeruje da je to svojstvo ono što čini platinu tako dobrom.

Ali bilo je razloga za pitanje je li ta slika točna, kaže Peterson. Na primjer, materijal koji se zove molibden disulfid (MoS2) ima energiju vezivanja sličnu platini, ali je daleko lošiji katalizator za reakciju razdvajanja vode. To sugerira da energija vezivanja ne može biti cijela priča, kaže Peterson.

Kako bi saznali što se događa, on i njegovi kolege proučavali su reakciju razdvajanja vode na platinskim katalizatorima koristeći posebnu metodu koju su razvili za simulaciju ponašanja pojedinačnih atoma i elektrona u elektrokemijskim reakcijama.

Analiza je pokazala da atomi vodika koji su vezani na površinu platine energijom vezanja "Zlatokose" zapravo uopće ne sudjeluju u reakciji kada je brzina reakcije visoka. 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 "Zlatokose". I umjesto da se ugnijezde u rešetki, oni sjede na vrhu atoma platine, gdje se mogu slobodno susresti jedni s drugima i formirati plin H2.

Ta sloboda kretanja za atome vodika na površini čini platinu tako reaktivnom, zaključuju istraživači.

"Ovo nam govori da traženje ove 'Zlatokose' energije vezanja nije pravi princip dizajna za područje visoke aktivnosti," rekao je Peterson. "Predlažemo da je projektiranje katalizatora koji vodik stavljaju u ovo vrlo pokretljivo i reaktivno stanje pravi put."