शास्त्रज्ञांना फार पूर्वीपासून माहित आहे की प्लॅटिनम हा हायड्रोजन वायू तयार करण्यासाठी पाण्याचे रेणू विभाजित करण्यासाठी आतापर्यंतचा सर्वोत्तम उत्प्रेरक आहे. ब्राउन युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी केलेल्या एका नवीन अभ्यासात असे दिसून आले आहे की प्लॅटिनम इतके चांगले का कार्य करते - आणि हे असे गृहित धरले गेलेले कारण नाही.

एसीएस कॅटॅलिसिसमध्ये प्रकाशित झालेले संशोधन जवळपास शतकानुशतके जुने संशोधन प्रश्न सोडवण्यास मदत करते, असे लेखकांचे म्हणणे आहे. आणि प्लॅटिनमपेक्षा स्वस्त आणि भरपूर हायड्रोजन तयार करण्यासाठी नवीन उत्प्रेरक तयार करण्यात मदत करू शकते. जीवाश्म इंधनापासून होणारे उत्सर्जन कमी करण्यात शेवटी मदत होऊ शकते.

“आपण हायड्रोजन स्वस्त आणि कार्यक्षमतेने कसे बनवायचे हे शोधून काढू शकलो, तर ते जीवाश्म-मुक्त इंधन आणि रसायनांसाठी बऱ्याच व्यावहारिक उपायांचे दरवाजे उघडेल,” ब्राउन स्कूल ऑफ इंजिनीअरिंगमधील सहयोगी प्राध्यापक आणि अभ्यासाचे वरिष्ठ लेखक अँड्र्यू पीटरसन म्हणाले. . "हायड्रोजनचा वापर इंधन पेशींमध्ये, इंधन तयार करण्यासाठी अतिरिक्त CO2 किंवा नायट्रोजनसह अमोनिया खत तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. हायड्रोजनसह आपण बरेच काही करू शकतो, परंतु पाण्याचे विभाजन हा स्केलेबल हायड्रोजन स्त्रोत बनवण्यासाठी, आम्हाला स्वस्त उत्प्रेरक आवश्यक आहे.

नवीन उत्प्रेरकांची रचना या प्रतिक्रियेसाठी प्लॅटिनम कशामुळे विशेष आहे हे समजून घेण्यापासून सुरू होते, पीटरसन म्हणतात, आणि हेच शोधण्याचे या नवीन संशोधनाचे उद्दिष्ट आहे.

प्लॅटिनमच्या यशाचे श्रेय त्याच्या “गोल्डीलॉक्स” बंधनकारक उर्जेला दिले गेले आहे. आदर्श उत्प्रेरक रेणूंवर प्रतिक्रिया देणाऱ्या रेणूंना खूप सैल किंवा घट्ट धरून ठेवतात, परंतु मध्यभागी कुठेतरी असतात. रेणू खूप सैलपणे बांधा आणि प्रतिक्रिया सुरू करणे कठीण आहे. त्यांना खूप घट्ट बांधा आणि रेणू उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावर चिकटून राहतात, ज्यामुळे प्रतिक्रिया पूर्ण करणे कठीण होते. प्लॅटिनमवरील हायड्रोजनची बंधनकारक उर्जा पाण्याचे विभाजन करणाऱ्या प्रतिक्रियेच्या दोन भागांमध्ये पूर्णपणे समतोल साधते - आणि म्हणूनच बहुतेक शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की हे गुणधर्म प्लॅटिनमला इतके चांगले बनवतात.

पण ते चित्र बरोबर आहे की नाही असा प्रश्न पडण्याची कारणे होती, पीटरसन म्हणतो. उदाहरणार्थ, मॉलिब्डेनम डायसल्फाइड (MoS2) नावाच्या सामग्रीमध्ये प्लॅटिनम सारखीच बंधनकारक ऊर्जा असते, तरीही पाणी-विभाजित प्रतिक्रियेसाठी ती खूपच वाईट उत्प्रेरक आहे. ते सूचित करते की बंधनकारक ऊर्जा ही संपूर्ण कथा असू शकत नाही, पीटरसन म्हणतात.

काय घडत आहे हे शोधण्यासाठी, त्याने आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांमध्ये वैयक्तिक अणू आणि इलेक्ट्रॉनच्या वर्तनाचे अनुकरण करण्यासाठी विकसित केलेल्या एका विशेष पद्धतीचा वापर करून प्लॅटिनम उत्प्रेरकांवर पाणी-विभाजित प्रतिक्रियांचा अभ्यास केला.

विश्लेषणातून असे दिसून आले की "गोल्डीलॉक्स" बंधनकारक उर्जेवर प्लॅटिनमच्या पृष्ठभागावर बांधलेले हायड्रोजन अणू प्रतिक्रियेचा दर जास्त असताना प्रत्यक्षात अजिबात भाग घेत नाहीत. त्याऐवजी, ते स्वतःला प्लॅटिनमच्या पृष्ठभागाच्या स्फटिकाच्या थरात घरटे बांधतात, जिथे ते अक्रियपणे उभे राहतात. प्रतिक्रियेत भाग घेणारे हायड्रोजन अणू कथित “गोल्डीलॉक” ऊर्जेपेक्षा खूपच कमकुवतपणे बांधलेले असतात. आणि जाळीत वसण्याऐवजी, ते प्लॅटिनम अणूंच्या वर बसतात, जिथे ते H2 वायू तयार करण्यासाठी एकमेकांना भेटण्यास मोकळे असतात.

हे पृष्ठभागावरील हायड्रोजन अणूंच्या हालचालीचे स्वातंत्र्य आहे जे प्लॅटिनम इतके प्रतिक्रियाशील बनवते, संशोधकांचा निष्कर्ष आहे.

"हे आम्हाला काय सांगते की 'गोल्डीलॉक्स' बंधनकारक ऊर्जा शोधणे हे उच्च क्रियाकलाप क्षेत्रासाठी योग्य डिझाइन तत्त्व नाही," पीटरसन म्हणाले. "आम्ही सुचवितो की हायड्रोजनला या अत्यंत मोबाइल आणि प्रतिक्रियाशील स्थितीत ठेवणारे उत्प्रेरक डिझाइन करणे हा मार्ग आहे."