Научниците одамна знаат дека платината е убедливо најдобриот катализатор за разделување на молекулите на водата за производство на водороден гас. Една нова студија на истражувачите од Универзитетот Браун покажува зошто платината работи толку добро - и тоа не е причината што се претпоставува.

Истражувањето, објавено во ACS Catalysis, помага да се реши едно истражувачко прашање старо речиси векови, велат авторите. И може да помогне во дизајнирањето на нови катализатори за производство на водород кои се поевтини и пообилни од платината. Тоа на крајот може да помогне во намалувањето на емисиите од фосилните горива.

„Ако можеме да сфатиме како да направиме водород евтино и ефикасно, тоа ја отвора вратата за многу прагматични решенија за горива без фосилни и хемикалии“, рече Ендрју Петерсон, вонреден професор на Факултетот за инженерство на Браун и виш автор на студијата. . „Водородот може да се користи во горивни ќелии, комбиниран со вишок CO2 за да се направи гориво или во комбинација со азот за да се направи ѓубриво од амонијак. Можеме многу да направиме со водородот, но за да го направиме разделувањето на водата скалабилен извор на водород, потребен ни е поевтин катализатор“.

Дизајнирањето на нови катализатори започнува со разбирање што ја прави платината толку посебна за оваа реакција, вели Петерсон, и тоа е она што ова ново истражување имаше за цел да го открие.

Успехот на платина долго време се припишува на неговата врзувачка енергија „Златни брадавици“. Идеалните катализатори се држат за молекулите кои реагираат ниту премногу лабаво, ниту премногу цврсто, туку некаде во средината. Поврзете ги молекулите премногу лабаво и тешко е да се започне реакција. Врзете ги премногу цврсто и молекулите се лепат на површината на катализаторот, што ја прави реакцијата тешка за завршување. Енергијата на врзување на водородот на платината се случува совршено да ги балансира двата дела на реакцијата на разделување на водата - и затоа повеќето научници веруваат дека токму тој атрибут ја прави платината толку добра.

Но, имаше причини да се сомневаме дали таа слика е точна, вели Петерсон. На пример, материјалот наречен молибден дисулфид (MoS2) има врзувачка енергија слична на платината, но сепак е многу полош катализатор за реакцијата на разделување на водата. Тоа сугерира дека врзувачката енергија не може да биде целосната приказна, вели Петерсон.

За да дознаат што се случува, тој и неговите колеги ја проучувале реакцијата на разделување на водата на катализаторите на платина со помош на специјален метод што тие го развиле за да го симулираат однесувањето на поединечни атоми и електрони во електрохемиските реакции.

Анализата покажа дека атомите на водород кои се врзани за површината на платината при врзувачката енергија „Goldilocks“ всушност воопшто не учествуваат во реакцијата кога стапката на реакција е висока. Наместо тоа, тие се вгнездуваат во површинскиот кристален слој на платината, каде што остануваат инертни случајни минувачи. Атомите на водород кои учествуваат во реакцијата се многу послабо врзани од наводната енергија „Златна боја“. И наместо да се вгнездуваат во решетката, тие седат на врвот на атомите на платината, каде што се слободни да се сретнат едни со други за да формираат гас H2.

Токму таа слобода на движење на атоми на водород на површината ја прави платината толку реактивна, заклучуваат истражувачите.

„Она што ни кажува е дека потрагата по оваа обврзувачка енергија „Goldilocks“ не е вистинскиот принцип на дизајн за регионот со висока активност“, рече Петерсон. „Предлагаме дека дизајнирањето катализатори кои го ставаат водородот во оваа многу мобилна и реактивна состојба е начин да се оди“.