Bilim adamları, platinin su moleküllerini parçalayarak hidrojen gazı üretmek için açık ara en iyi katalizör olduğunu uzun zamandır biliyorlardı. Brown Üniversitesi araştırmacıları tarafından yapılan yeni bir çalışma, platinin neden bu kadar iyi çalıştığını gösteriyor ve varsayılan neden bu değil.

Yazarlar, ACS Katalizinde yayınlanan araştırmanın neredeyse asırlık bir araştırma sorusunun çözülmesine yardımcı olduğunu söylüyor. Ve hidrojen üretmek için platinden daha ucuz ve daha bol olan yeni katalizörlerin tasarlanmasına yardımcı olabilir. Bu sonuçta fosil yakıtlardan kaynaklanan emisyonların azaltılmasına yardımcı olabilir.

Brown Mühendislik Okulu'ndan doçent ve çalışmanın kıdemli yazarı Andrew Peterson, "Eğer hidrojeni ucuz ve verimli bir şekilde nasıl üretebileceğimizi bulabilirsek, bu, fosil içermeyen yakıtlar ve kimyasallar için birçok pragmatik çözümün kapısını açar" dedi. . "Hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılabilir, fazla CO2 ile birleşerek yakıt elde edilebilir veya nitrojenle birleşerek amonyak gübresi yapılabilir. Hidrojenle yapabileceğimiz çok şey var ama suyu ayrıştıran ölçeklenebilir bir hidrojen kaynağı haline getirmek için daha ucuz bir katalizöre ihtiyacımız var.”

Peterson, yeni katalizör tasarlamanın, platini bu reaksiyon için bu kadar özel kılan şeyin ne olduğunu anlamakla başladığını ve bu yeni araştırmanın da bunu ortaya çıkarmayı amaçladığını söylüyor.

Platinum'un başarısı uzun zamandır "Goldilocks" bağlama enerjisine atfedilmektedir. İdeal katalizörler reaksiyona giren moleküllere ne çok gevşek ne de çok sıkı tutunurlar, ancak ortada bir yerde bulunurlar. Moleküller çok gevşek bağlanır ve bir reaksiyonun başlatılması zordur. Bunları çok sıkı bağlarsanız moleküller katalizörün yüzeyine yapışır ve reaksiyonun tamamlanmasını zorlaştırır. Hidrojenin platindeki bağlanma enerjisi, su bölme reaksiyonunun iki bölümünü mükemmel bir şekilde dengeler ve bu nedenle çoğu bilim adamı, platini bu kadar iyi yapan şeyin bu özellik olduğuna inanmıştır.

Ancak Peterson, bu resmin doğru olup olmadığını sorgulamak için nedenler olduğunu söylüyor. Örneğin, molibden disülfit (MoS2) adı verilen bir malzeme, platine benzer bir bağlanma enerjisine sahiptir, ancak suyun parçalanması reaksiyonu için çok daha kötü bir katalizördür. Peterson, bu durumun bağlayıcı enerjinin hikayenin tamamı olamayacağını gösterdiğini söylüyor.

Neler olduğunu öğrenmek için kendisi ve meslektaşları, elektrokimyasal reaksiyonlarda bireysel atomların ve elektronların davranışını simüle etmek için geliştirdikleri özel bir yöntemi kullanarak platin katalizörler üzerindeki su bölme reaksiyonunu incelediler.

Analiz, "Goldilocks" bağlanma enerjisinde platinin yüzeyine bağlanan hidrojen atomlarının, reaksiyon hızı yüksek olduğunda aslında reaksiyona hiç katılmadığını gösterdi. Bunun yerine, platinin yüzeyindeki kristalin tabakanın içine yerleşirler ve burada hareketsiz seyirciler olarak kalırlar. Reaksiyona katılan hidrojen atomları, varsayılan "Goldilocks" enerjisinden çok daha zayıf bir şekilde bağlanmıştır. Kafes içinde yuvalanmak yerine platin atomlarının üzerinde oturuyorlar ve burada H2 gazı oluşturmak üzere birbirleriyle buluşmakta özgürler.

Araştırmacılar, platini bu kadar reaktif kılan şeyin yüzeydeki hidrojen atomlarının hareket özgürlüğü olduğu sonucuna vardı.

Peterson, "Bunun bize söylediği şey, bu 'Goldilocks' bağlayıcı enerjisini aramanın yüksek aktiviteli bölge için doğru tasarım ilkesi olmadığıdır" dedi. "Hidrojeni bu oldukça hareketli ve reaktif duruma sokan katalizörler tasarlamanın gidilecek yol olduğunu öneriyoruz."