Գիտնականները վաղուց գիտեին, որ պլատինը ջրածնի գազ արտադրելու համար ջրի մոլեկուլները բաժանելու լավագույն կատալիզատորն է: Բրաունի համալսարանի հետազոտողների նոր ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, թե ինչու է պլատինը այդքան լավ աշխատում, և դա չէ պատճառը, որ ենթադրվում է:

Հետազոտությունը, որը հրապարակվել է ACS Catalysis-ում, օգնում է լուծել մոտ հարյուրամյա հետազոտական ​​հարցը, ասում են հեղինակները: Եվ դա կարող է օգնել նախագծել նոր կատալիզատորներ ջրածնի արտադրության համար, որոնք ավելի էժան են և առատ, քան պլատինը: Դա, ի վերջո, կարող է օգնել հանածո վառելիքից արտանետումների նվազեցմանը:

«Եթե մենք կարողանանք պարզել, թե ինչպես կարելի է ջրածին արտադրել էժան և արդյունավետ, դա բացում է բազմաթիվ պրագմատիկ լուծումների համար առանց հանածո վառելիքի և քիմիական նյութերի», - ասում է Բրաունի ճարտարագիտության դպրոցի դոցենտ Էնդրյու Պետերսոնը և հետազոտության ավագ հեղինակը: . «Ջրածինը կարող է օգտագործվել վառելիքի բջիջներում՝ զուգակցված CO2-ի ավելցուկի հետ՝ վառելիք ստանալու համար կամ ազոտի հետ միասին՝ ամոնիակային պարարտանյութ ստանալու համար: Ջրածնի հետ մենք շատ բան կարող ենք անել, բայց ջուրը պառակտող ջրածնի ընդլայնվող աղբյուր դարձնելու համար մեզ ավելի էժան կատալիզատոր է պետք»:

Նոր կատալիզատորների նախագծումը սկսվում է հասկանալուց, թե ինչն է պլատինն այդքան առանձնահատուկ այս ռեակցիայի համար, ասում է Պետերսոնը, և հենց դա էր նպատակադրվել պարզել այս նոր հետազոտությունը:

Platinum-ի հաջողությունը վաղուց վերագրվում էր նրա «Goldilocks» կապող էներգիային: Իդեալական կատալիզատորները կպչում են արձագանքող մոլեկուլներին ոչ շատ թույլ, ոչ շատ ամուր, այլ ինչ-որ տեղ մեջտեղում: Շատ թույլ կապեք մոլեկուլները և դժվար է ռեակցիա սկսել: Դրանք չափազանց ամուր կապեք, և մոլեկուլները կպչում են կատալիզատորի մակերեսին, ինչը դժվարացնում է ռեակցիան ավարտելու համար: Պլատինի վրա ջրածնի կապակցման էներգիան պարզապես կատարյալ կերպով հավասարակշռում է ջրի պառակտման ռեակցիայի երկու մասերը, և, հետևաբար, գիտնականների մեծամասնությունը կարծում է, որ հենց այդ հատկանիշն է պլատինն այդքան լավ դարձնում:

Բայց կային պատճառներ կասկածելու, թե արդյոք այդ պատկերը ճիշտ էր, ասում է Պետերսոնը: Օրինակ, մոլիբդենի դիսուլֆիդ կոչվող նյութը (MoS2) ունի կապող էներգիա, որը նման է պլատինի, սակայն շատ ավելի վատ կատալիզատոր է ջրի պառակտման ռեակցիայի համար: Սա հուշում է, որ կապող էներգիան չի կարող լինել ամբողջական պատմությունը, ասում է Պետերսոնը:

Պարզելու համար, թե ինչ է տեղի ունենում, նա և իր գործընկերները ուսումնասիրել են ջրի պառակտման ռեակցիան պլատինի կատալիզատորների վրա՝ օգտագործելով հատուկ մեթոդ, որը նրանք մշակել են՝ մոդելավորելու առանձին ատոմների և էլեկտրոնների վարքագիծը էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներում:

Վերլուծությունը ցույց է տվել, որ ջրածնի ատոմները, որոնք կապված են պլատինի մակերեսին «Goldilocks» կապող էներգիայով, իրականում ընդհանրապես չեն մասնակցում ռեակցիային, երբ ռեակցիայի արագությունը բարձր է: Փոխարենը, նրանք տեղավորվում են պլատինի մակերևութային բյուրեղային շերտում, որտեղ նրանք մնում են իներտ կողքից: Ջրածնի ատոմները, որոնք իսկապես մասնակցում են ռեակցիային, շատ ավելի թույլ են կապված, քան ենթադրյալ «ոսկիների» էներգիան։ Եվ ցանցի մեջ բույն դնելու փոխարեն, նրանք նստում են պլատինի ատոմների վերևում, որտեղ նրանք ազատ են միմյանց հետ հանդիպելու՝ H2 գազ ձևավորելու համար:

Հետազոտողները եզրակացնում են, որ մակերևույթի վրա ջրածնի ատոմների շարժման ազատությունն է, որ պլատինն այդքան ռեակտիվ է դարձնում:

«Սա մեզ ասում է, որ «Goldilocks» կապող էներգիայի որոնումը ճիշտ նախագծման սկզբունք չէ բարձր ակտիվության տարածաշրջանի համար», - ասաց Պետերսոնը: «Մենք առաջարկում ենք, որ կատալիզատորների նախագծումը, որոնք ջրածինը կդնեն այս բարձր շարժունակ և ռեակտիվ վիճակում, լավագույն ճանապարհն է»: