Oamenii de știință știu de mult că platina este de departe cel mai bun catalizator pentru scindarea moleculelor de apă pentru a produce hidrogen gazos. Un nou studiu al cercetătorilor de la Universitatea Brown arată de ce platina funcționează atât de bine – și nu este motivul pentru care s-a presupus.

Cercetarea, publicată în ACS Catalysis, ajută la rezolvarea unei întrebări de cercetare veche de aproape un secol, spun autorii. Și ar putea ajuta la proiectarea de noi catalizatori pentru producerea hidrogenului, care sunt mai ieftini și mai abundenți decât platina. Acest lucru ar putea ajuta în cele din urmă la reducerea emisiilor de la combustibilii fosili.

„Dacă ne putem da seama cum să producem hidrogen ieftin și eficient, aceasta deschide ușa către o mulțime de soluții pragmatice pentru combustibili și substanțe chimice fără fosile”, a spus Andrew Peterson, profesor asociat la Brown's School of Engineering și autorul principal al studiului. . „Hidrogenul poate fi folosit în celulele de combustie, combinat cu excesul de CO2 pentru a face combustibil sau combinat cu azot pentru a face îngrășământ cu amoniac. Sunt multe ce putem face cu hidrogenul, dar pentru a face ca divizarea apei o sursă scalabilă de hidrogen, avem nevoie de un catalizator mai ieftin.”

Proiectarea de noi catalizatori începe cu înțelegerea a ceea ce face platina atât de specială pentru această reacție, spune Peterson, și asta și-a propus această nouă cercetare.

Succesul Platinei a fost mult timp atribuit energiei sale de legare „Blocuri de aur”. Catalizatorii ideali se țin de moleculele care reacţionează nici prea slab, nici prea strâns, ci undeva la mijloc. Leagă moleculele prea slab și este dificil să începi o reacție. Leagă-le prea strâns și moleculele se lipesc de suprafața catalizatorului, făcând o reacție dificil de finalizat. Energia de legare a hidrogenului pe platină se întâmplă să echilibreze perfect cele două părți ale reacției de divizare a apei - și astfel majoritatea oamenilor de știință au crezut că acest atribut face platina atât de bună.

Dar au existat motive să se întrebe dacă acea imagine a fost corectă, spune Peterson. De exemplu, un material numit disulfură de molibden (MoS2) are o energie de legare similară cu platina, dar este un catalizator mult mai rău pentru reacția de divizare a apei. Asta sugerează că energia de legare nu poate fi întreaga poveste, spune Peterson.

Pentru a afla ce se întâmplă, el și colegii săi au studiat reacția de divizare a apei pe catalizatori de platină folosind o metodă specială pe care au dezvoltat-o ​​pentru a simula comportamentul atomilor și electronilor individuali în reacțiile electrochimice.

Analiza a arătat că atomii de hidrogen care sunt legați de suprafața platinei la energia de legare „Buc de aur” nu participă deloc la reacție atunci când viteza de reacție este mare. În schimb, ei se cuibăresc în stratul cristalin de suprafață al platinei, unde rămân spectatori inerți. Atomii de hidrogen care participă la reacție sunt legați mult mai slab decât presupusa energie „Buc de aur”. Și mai degrabă decât să se cuibărească în rețea, ei stau deasupra atomilor de platină, unde sunt liberi să se întâlnească unul cu celălalt pentru a forma gaz H2.

Acea libertate de mișcare a atomilor de hidrogen de pe suprafață este cea care face ca platina să fie atât de reactivă, concluzionează cercetătorii.

„Ceea ce ne spune acest lucru este că căutarea acestei energii de legare a „Bucurilor de aur” nu este principiul de proiectare potrivit pentru regiunea cu activitate ridicată”, a spus Peterson. „Sugerăm că proiectarea catalizatorilor care pun hidrogenul în această stare extrem de mobilă și reactivă este calea de urmat.”