Para saintis telah lama mengetahui bahawa platinum adalah pemangkin terbaik untuk membelah molekul air untuk menghasilkan gas hidrogen. Satu kajian baru oleh penyelidik Universiti Brown menunjukkan mengapa platinum berfungsi dengan baik-dan ia bukan sebab yang diandaikan.

Penyelidikan itu, yang diterbitkan dalam ACS Catalysis, membantu menyelesaikan persoalan penyelidikan hampir abad lamanya, kata penulis. Dan ia boleh membantu dalam mereka bentuk pemangkin baharu untuk menghasilkan hidrogen yang lebih murah dan lebih banyak daripada platinum. Itu akhirnya boleh membantu dalam mengurangkan pelepasan daripada bahan api fosil.

"Jika kita boleh memikirkan cara membuat hidrogen dengan murah dan cekap, ia membuka pintu kepada banyak penyelesaian pragmatik untuk bahan api dan bahan kimia bebas fosil," kata Andrew Peterson, seorang profesor bersekutu di Sekolah Kejuruteraan Brown dan pengarang kanan kajian itu. . “Hidrogen boleh digunakan dalam sel bahan api, digabungkan dengan CO2 berlebihan untuk membuat bahan api atau digabungkan dengan nitrogen untuk membuat baja ammonia. Banyak yang boleh kita lakukan dengan hidrogen, tetapi untuk menjadikan pemisahan air sebagai sumber hidrogen berskala, kita memerlukan pemangkin yang lebih murah.”

Mereka bentuk pemangkin baharu bermula dengan memahami perkara yang menjadikan platinum begitu istimewa untuk tindak balas ini, kata Peterson, dan itulah tujuan penyelidikan baharu ini untuk mengetahui.

Kejayaan Platinum telah lama dikaitkan dengan tenaga pengikat "Goldilocks". Pemangkin yang ideal berpegang pada molekul yang bertindak balas tidak terlalu longgar atau terlalu ketat, tetapi di suatu tempat di tengah. Ikat molekul terlalu longgar dan sukar untuk memulakan tindak balas. Ikat mereka terlalu ketat dan molekul melekat pada permukaan pemangkin, menjadikan tindak balas sukar untuk diselesaikan. Tenaga pengikat hidrogen pada platinum secara kebetulan mengimbangi dua bahagian tindak balas pemisahan air dengan sempurna—dan oleh itu kebanyakan saintis percaya bahawa sifat itulah yang menjadikan platinum begitu baik.

Tetapi ada sebab untuk mempersoalkan sama ada gambar itu betul, kata Peterson. Sebagai contoh, bahan yang dipanggil molibdenum disulfida (MoS2) mempunyai tenaga pengikat yang serupa dengan platinum, namun merupakan pemangkin yang jauh lebih teruk untuk tindak balas pemisahan air. Itu menunjukkan bahawa tenaga mengikat tidak boleh menjadi cerita penuh, kata Peterson.

Untuk mengetahui apa yang berlaku, dia dan rakan-rakannya mengkaji tindak balas pemisahan air pada mangkin platinum menggunakan kaedah khas yang mereka bangunkan untuk mensimulasikan tingkah laku atom dan elektron individu dalam tindak balas elektrokimia.

Analisis menunjukkan bahawa atom hidrogen yang terikat pada permukaan platinum pada tenaga pengikat “Goldilocks” sebenarnya tidak mengambil bahagian dalam tindak balas sama sekali apabila kadar tindak balas adalah tinggi. Sebaliknya, mereka bersarang di dalam lapisan hablur permukaan platinum, di mana mereka kekal sebagai pemerhati lengai. Atom hidrogen yang mengambil bahagian dalam tindak balas adalah jauh lebih lemah terikat daripada tenaga "Goldilocks" yang sepatutnya. Dan daripada bersarang dalam kekisi, mereka duduk di atas atom platinum, di mana mereka bebas untuk bertemu antara satu sama lain untuk membentuk gas H2.

Kebebasan pergerakan atom hidrogen di permukaan itulah yang menjadikan platinum begitu reaktif, para penyelidik membuat kesimpulan.

"Apa yang ini memberitahu kami ialah mencari tenaga pengikat 'Goldilocks' ini bukanlah prinsip reka bentuk yang betul untuk kawasan aktiviti tinggi," kata Peterson. "Kami mencadangkan bahawa mereka bentuk pemangkin yang meletakkan hidrogen dalam keadaan yang sangat mudah alih dan reaktif ini adalah cara yang perlu dilakukan."