Научници одавно знају да је платина далеко најбољи катализатор за цепање молекула воде за производњу гаса водоника. Нова студија истраживача са Универзитета Браун показује зашто платина тако добро функционише - а то није разлог за који се претпоставља.

Истраживање, објављено у АЦС Цаталисис, помаже да се реши скоро вековно истраживачко питање, кажу аутори. И то би могло помоћи у дизајнирању нових катализатора за производњу водоника који су јефтинији и обилнији од платине. То би на крају могло помоћи у смањењу емисија из фосилних горива.

„Ако можемо да схватимо како да произведемо водоник јефтино и ефикасно, то отвара врата за много прагматичних решења за горива и хемикалије без фосила“, рекао је Ендру Питерсон, ванредни професор Браунове школе инжењеринга и старији аутор студије. . „Водоник се може користити у горивним ћелијама, у комбинацији са вишком ЦО2 за производњу горива или у комбинацији са азотом за прављење амонијачног ђубрива. Много тога можемо да урадимо са водоником, али да би вода која цепа воду постала скалабилан извор водоника, потребан нам је јефтинији катализатор.

Дизајнирање нових катализатора почиње са разумевањем шта платину чини тако посебном за ову реакцију, каже Петерсон, и то је оно што је ово ново истраживање имало за циљ да открије.

Успех платине дуго се приписује њеној везивној енергији „Златокосе”. Идеални катализатори се држе молекула који реагују ни превише лабаво ни превише чврсто, већ негде у средини. Вежите молекуле превише лабаво и тешко је покренути реакцију. Вежите их превише чврсто и молекули се залепе за површину катализатора, чинећи реакцију тешком за завршетак. Енергија везивања водоника на платини једноставно савршено балансира два дела реакције цепања воде - и тако већина научника верује да је то оно што чини платину тако добром.

Али било је разлога да се постави питање да ли је та слика тачна, каже Петерсон. На пример, материјал који се зове молибден дисулфид (МоС2) има енергију везивања сличну платини, али је далеко гори катализатор за реакцију цепања воде. То сугерише да енергија везивања не може бити потпуна прича, каже Петерсон.

Да би сазнали шта се дешава, он и његове колеге су проучавали реакцију цепања воде на платинским катализаторима користећи посебну методу коју су развили да симулирају понашање појединачних атома и електрона у електрохемијским реакцијама.

Анализа је показала да атоми водоника који су везани за површину платине на енергији везивања „Златокоса” заправо уопште не учествују у реакцији када је брзина реакције велика. Уместо тога, они се угнезде унутар површинског кристалног слоја платине, где остају инертни посматрачи. Атоми водоника који учествују у реакцији су далеко слабије везани од наводне енергије „Златокосе“. И уместо да се гнезде у решетки, они седе на врху атома платине, где су слободни да се састану једни са другима да би формирали гас Х2.

Управо та слобода кретања атома водоника на површини чини платину тако реактивном, закључују истраживачи.

„Ово нам говори да тражење ове енергије везивања 'Златокосе' није прави принцип дизајна за регион високе активности," рекао је Петерсон. "Предлажемо да је дизајнирање катализатора који доводе водоник у ово високо мобилно и реактивно стање прави пут."