מדענים יודעים זה מכבר שפלטינה היא ללא ספק הזרז הטוב ביותר לפיצול מולקולות מים להפקת גז מימן. מחקר חדש של חוקרי אוניברסיטת בראון מראה מדוע פלטינה עובדת כל כך טוב - וזו לא הסיבה שהניחו.

המחקר, שפורסם ב-ACS Catalysis, עוזר לפתור שאלת מחקר בת כמעט מאה שנים, אומרים המחברים. וזה יכול לסייע בתכנון זרזים חדשים לייצור מימן שהם זולים יותר ובשפע יותר מפלטינה. זה יכול בסופו של דבר לעזור בהפחתת פליטות מדלקים מאובנים.

"אם נוכל להבין איך מייצרים מימן בזול ויעיל, זה פותח את הדלת להרבה פתרונות פרגמטיים לדלקים וכימיקלים נטולי מאובנים", אמר אנדרו פיטרסון, פרופסור חבר בבית הספר להנדסה בראון והמחבר הבכיר של המחקר. . "ניתן להשתמש במימן בתאי דלק, בשילוב עם עודף CO2 לייצור דלק או בשילוב עם חנקן לייצור דשן אמוניה. יש הרבה שאנחנו יכולים לעשות עם מימן, אבל כדי להפוך את פיצול המים למקור מימן ניתן להרחבה, אנחנו צריכים זרז זול יותר".

תכנון זרזים חדשים מתחיל בהבנה מה הופך את הפלטינה לכל כך מיוחדת עבור התגובה הזו, אומר פיטרסון, וזה מה שהמחקר החדש הזה נועד להבין.

הצלחתה של פלטינה מיוחסת כבר זמן רב לאנרגיית הקישור של "הזהב". זרזים אידיאליים נאחזים במולקולות המגיבות לא בצורה רופפת מדי ולא בחוזקה מדי, אלא איפשהו באמצע. קושרים את המולקולות בצורה רופפת מדי וקשה להתחיל תגובה. קושרים אותם בחוזקה מדי ומולקולות נדבקות לפני השטח של הזרז, מה שמקשה על השלמת תגובה. אנרגיית הקישור של מימן על פלטינה פשוט מאזנת באופן מושלם את שני החלקים של התגובה לפיצול המים - ולכן רוב המדענים האמינו שזו התכונה ההופכת את הפלטינה לכל כך טובה.

אבל היו סיבות לשאול אם התמונה הזו נכונה, אומר פיטרסון. לדוגמה, לחומר הנקרא מוליבדן דיסולפיד (MoS2) יש אנרגיית קשירה הדומה לפלטינה, אך הוא זרז הרבה יותר גרוע לתגובה לפיצול המים. זה מרמז שאנרגיה מחייבת לא יכולה להיות הסיפור המלא, אומר פיטרסון.

כדי לגלות מה קורה, הוא ועמיתיו חקרו את תגובת פיצול המים על זרזי פלטינה באמצעות שיטה מיוחדת שפיתחו כדי לדמות את התנהגותם של אטומים ואלקטרונים בודדים בתגובות אלקטרוכימיות.

הניתוח הראה כי אטומי המימן הקשורים לפני השטח של פלטינה באנרגיית הקישור של "הזהבה" אינם משתתפים למעשה בתגובה כלל כאשר קצב התגובה גבוה. במקום זאת, הם מקננים את עצמם בתוך השכבה הגבישית פני השטח של הפלטינה, שם הם נשארים עוברי אורח אינרטיים. אטומי המימן שכן משתתפים בתגובה קשורים הרבה יותר חלש מאשר אנרגיית "הזהבה" כביכול. ובמקום להתמקם בסריג, הם יושבים על גבי אטומי הפלטינה, שם הם חופשיים להיפגש זה עם זה כדי ליצור גז H2.

חופש התנועה של אטומי מימן על פני השטח הוא זה שהופך את הפלטינה לכל כך תגובתית, מסכמים החוקרים.

"מה שזה אומר לנו הוא שחיפוש אחר האנרגיה המחייבת 'זהב' זה לא העיקרון העיצובי הנכון לאזור הפעילות הגבוהה", אמר פיטרסון. "אנחנו מציעים שתכנון זרזים שמכניסים מימן למצב מאוד נייד ותגובתי זה הדרך ללכת."