მეცნიერებმა დიდი ხანია იცოდნენ, რომ პლატინი საუკეთესო კატალიზატორია წყლის მოლეკულების გაყოფისთვის წყალბადის გაზის წარმოქმნისთვის. ბრაუნის უნივერსიტეტის მკვლევართა ახალი კვლევა გვიჩვენებს, თუ რატომ მუშაობს პლატინა ასე კარგად და ეს არ არის ის მიზეზი, რაც ვარაუდობენ.

კვლევა, რომელიც გამოქვეყნებულია ACS Catalysis-ში, ეხმარება გადაჭრას თითქმის საუკუნოვანი კვლევის საკითხი, ამბობენ ავტორები. და მას შეუძლია დაეხმაროს ახალი კატალიზატორების შექმნას წყალბადის წარმოებისთვის, რომლებიც უფრო იაფი და უხვია ვიდრე პლატინა. ეს საბოლოოდ შეიძლება დაეხმაროს წიაღისეული საწვავიდან გამონაბოლქვის შემცირებას.

„თუ ჩვენ შევძლებთ გაერკვნენ, თუ როგორ შევქმნათ წყალბადი იაფად და ეფექტურად, ეს გვიხსნის კარს უნაყოფო საწვავებისა და ქიმიკატების პრაგმატული გადაწყვეტისთვის“, - თქვა ენდრიუ პეტერსონმა, ბრაუნის საინჟინრო სკოლის ასოცირებულმა პროფესორმა და კვლევის უფროსმა ავტორმა. . წყალბადის გამოყენება შესაძლებელია საწვავის უჯრედებში, ჭარბ CO2-თან ერთად საწვავის შესაქმნელად ან აზოტთან ერთად ამიაკის სასუქის შესაქმნელად. წყალბადით ბევრი რამის გაკეთება შეგვიძლია, მაგრამ იმისთვის, რომ წყალი გაყოფილი წყალბადის მასშტაბურ წყაროდ ვაქციოთ, უფრო იაფი კატალიზატორი გვჭირდება“.

ახალი კატალიზატორების დაპროექტება იწყება იმის გაგებით, თუ რა ხდის პლატინს განსაკუთრებულს ამ რეაქციისთვის, ამბობს პეტერსონი, და ეს არის ის, რაც ამ ახალმა კვლევამ მიზნად ისახავს გაერკვია.

პლატინის წარმატება დიდი ხანია მიეკუთვნება მის "ოქროს" სავალდებულო ენერგიას. იდეალური კატალიზატორები ეკიდება მოლეკულებს არც ძალიან თავისუფლად და არც ძალიან მჭიდროდ, მაგრამ სადღაც შუაში. შეაერთეთ მოლეკულები ძალიან თავისუფლად და ძნელია რეაქციის დაწყება. შეაერთეთ ისინი ძალიან მჭიდროდ და მოლეკულები ეწებება კატალიზატორის ზედაპირს, რაც ართულებს რეაქციის დასრულებას. პლატინის წყალბადის შეკვრის ენერგია სრულყოფილად აბალანსებს წყლის გაყოფის რეაქციის ორ ნაწილს - და ამიტომ მეცნიერთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ ეს არის ის ატრიბუტი, რომელიც პლატინს ასე კარგ ხდის.

პეტერსონი ამბობს, რომ არსებობდა მიზეზები იმის დასადგენად, იყო თუ არა ეს სურათი სწორი. მაგალითად, მასალას, სახელად მოლიბდენის დისულფიდს (MoS2) აქვს პლატინის მსგავსი შემაკავშირებელი ენერგია, მაგრამ გაცილებით უარესი კატალიზატორია წყლის გაყოფის რეაქციისთვის. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ სავალდებულო ენერგია არ შეიძლება იყოს სრული ამბავი, ამბობს პეტერსონი.

იმის გასარკვევად, თუ რა ხდებოდა, მან და მისმა კოლეგებმა შეისწავლეს წყლის გაყოფის რეაქცია პლატინის კატალიზატორებზე სპეციალური მეთოდის გამოყენებით, რომელიც მათ შეიმუშავეს ცალკეული ატომებისა და ელექტრონების ქცევის სიმულაციისთვის ელექტროქიმიურ რეაქციებში.

ანალიზმა აჩვენა, რომ წყალბადის ატომები, რომლებიც დაკავშირებულია პლატინის ზედაპირზე „Goldilocks“-ის შეკვრის ენერგიით, რეალურად საერთოდ არ მონაწილეობენ რეაქციაში, როდესაც რეაქციის სიჩქარე მაღალია. ამის ნაცვლად, ისინი თავს იკავებენ პლატინის ზედაპირული კრისტალური ფენის შიგნით, სადაც ისინი რჩებიან ინერტული მნახველები. წყალბადის ატომები, რომლებიც მონაწილეობენ რეაქციაში, გაცილებით სუსტად არიან შეკრული, ვიდრე სავარაუდო "ოქროს" ენერგია. და ნაცვლად გისოსებში, ისინი სხედან პლატინის ატომების თავზე, სადაც თავისუფლად შეუძლიათ შეხვდნენ ერთმანეთს H2 გაზის შესაქმნელად.

ეს არის ზედაპირზე წყალბადის ატომების გადაადგილების თავისუფლება, რაც პლატინს ასე რეაქტიულს ხდის, ასკვნიან მკვლევარები.

„რაც ეს გვეუბნება არის ის, რომ ამ „Goldilocks“-ის სავალდებულო ენერგიის ძიება არ არის დიზაინის სწორი პრინციპი მაღალი აქტივობის რეგიონისთვის“, - თქვა პეტერსონმა. „ჩვენ ვთავაზობთ, რომ კატალიზატორების დაპროექტება, რომლებიც წყალბადს ამ უაღრესად მობილურ და რეაქტიულ მდგომარეობაში აყენებენ, არის გასავლელი გზა.