Vísindamenn hafa lengi vitað að platína er langbesti hvatinn til að kljúfa vatnssameindir til að framleiða vetnisgas. Ný rannsókn vísindamanna Brown háskólans sýnir hvers vegna platína virkar svo vel - og það er ekki ástæðan sem hefur verið gert ráð fyrir.

Rannsóknin, sem birt var í ACS Catalysis, hjálpar til við að leysa næstum aldargamla rannsóknarspurningu, segja höfundarnir. Og það gæti hjálpað til við að hanna nýja hvata til að framleiða vetni sem eru ódýrari og ríkari en platína. Það gæti á endanum hjálpað til við að draga úr losun frá jarðefnaeldsneyti.

„Ef við getum fundið út hvernig á að búa til vetni á ódýran og skilvirkan hátt opnar það dyrnar að mörgum raunhæfum lausnum fyrir jarðefnafrítt eldsneyti og kemísk efni,“ sagði Andrew Peterson, dósent við Brown's School of Engineering og yfirhöfundur rannsóknarinnar. . „Hægt er að nota vetni í efnarafal, sameinað umfram CO2 til eldsneytis eða sameinað köfnunarefni til að búa til ammoníak áburð. Það er margt sem við getum gert með vetni, en til að gera vatnsklofi að stigstærð vetnisgjafa þurfum við ódýrari hvata.“

Að hanna nýja hvata byrjar á því að skilja hvað gerir platínu svo sérstaka fyrir þessi viðbrögð, segir Peterson, og það er það sem þessi nýja rannsókn miðar að því að komast að.

Velgengni Platinum hefur lengi verið rakin til bindingarorku „Gulllokka“. Tilvalin hvatar halda í hvarfsameindir hvorki of lauslega né of þétt, heldur einhvers staðar í miðjunni. Bindið sameindirnar of laust og erfitt er að koma viðbrögðum af stað. Bindið þær of þétt og sameindir festast við yfirborð hvatans, sem gerir viðbrögð erfitt að ljúka. Bindingorka vetnis á platínu gerist bara til að koma fullkomlega jafnvægi á tvo hluta vatnsklofningshvarfsins - og því hafa flestir vísindamenn talið að það sé þessi eiginleiki sem gerir platínu svo góða.

En það voru ástæður til að efast um hvort þessi mynd væri rétt, segir Peterson. Til dæmis, efni sem kallast mólýbden tvísúlfíð (MoS2) hefur bindiorku svipað platínu, en er samt mun verri hvati fyrir vatnsklofandi viðbrögð. Það bendir til þess að bindandi orka geti ekki verið öll sagan, segir Peterson.

Til að komast að því hvað var að gerast rannsökuðu hann og félagar hans vatnsklofningshvarf platínuhvata með sérstakri aðferð sem þeir þróuðu til að líkja eftir hegðun einstakra atóma og rafeinda í rafefnafræðilegum viðbrögðum.

Greiningin sýndi að vetnisatómin sem eru bundin við yfirborð platínu við „Gulllokka“ bindingarorkuna taka í raun ekki þátt í hvarfinu þegar efnahvarfið er hátt. Þess í stað hreiðra þeir um sig innan yfirborðs kristallaðs lags platínu, þar sem þeir eru óvirkir nærstaddir. Vetnisatómin sem taka þátt í hvarfinu eru mun veikari bundin en meint „Gulllokka“ orka. Og frekar en að hreiðra um sig í grindunum sitja þeir ofan á platínuatómunum, þar sem þeim er frjálst að hittast og mynda H2 gas.

Það er það hreyfifrelsi vetnisatóma á yfirborðinu sem gerir platínu svo hvarfgjarna, að lokum.

„Það sem þetta segir okkur er að að leita að þessari „Goldilocks“ bindandi orku er ekki rétta hönnunarreglan fyrir svæðið með mikla virkni,“ sagði Peterson. "Við leggjum til að það sé leiðin að hanna hvata sem setja vetni í þetta mjög hreyfanlega og hvarfgjarna ástand."