Vědci z University of Illinois objevili nový způsob výroby vody bez popu. Nejen, že mohou vyrábět vodu z nepravděpodobných výchozích materiálů, jako jsou alkoholy, ale jejich práce by také mohla vést k lepším katalyzátorům a levnějším palivovým článkům.
„Zjistili jsme, že nekonvenční hydridy kovů lze použít pro chemický proces zvaný redukce kyslíku, který je podstatnou součástí procesu výroby vody,“ řekl Zachariah Heiden, doktorand a hlavní autor papír přijatý k publikaci v časopise Journal of the American Chemical Society a zveřejněný na jeho webu.
Molekula vody (formálně známá jako dihydrogenmonoxid) se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Ale nemůžete jednoduše vzít dva atomy vodíku a přilepit je na atom kyslíku. Skutečná reakce na výrobu vody je trochu komplikovanější: 2H2 + O2 = 2H2O + energie.
V angličtině rovnice říká: K výrobě dvou molekul vody (H2O) je nutné zkombinovat dvě molekuly křemeliny vodíku (H2) s jednou molekulou křemeliny kyslíku (O2). Energie se uvolní v tomto procesu.
„Toto reakce (2H2 + O2 = 2H2O + energie) je známa již dvě století, ale dosud ji nikdo nepřinutil pracovat v homogenním řešení, “řekl Thomas Rauchfuss, U. I. profesora chemie a papíru Odpovídající autor.
Známá reakce také popisuje, co se děje uvnitř vodíkového palivového článku.
V typickém palivovém článku vstupuje diatomický plynný vodík na jednu stranu článku, diatomický plynný kyslík vstupuje druhá strana. Molekuly vodíku ztrácejí své elektrony a kladně se nabijí procesem nazývaným oxidace, zatímco molekuly kyslíku získávají čtyři elektrony a negativně se nabijí procesem nazývaným redukce. Negativně nabité ionty kyslíku kombinují s kladně nabitými vodíkovými ionty, aby vytvořily vodu a uvolnily elektrickou energii.
„Složitou stránkou“ palivového článku je reakce redukce kyslíku, nikoli reakce oxidace vodíku, řekl Rauchfuss. „Zjistili jsme však, že nové katalyzátory pro redukci kyslíku mohou také vést k novým chemickým prostředkům pro oxidaci vodíku.“
Rauchfuss a Heiden nedávno zkoumali relativně novou generaci přenosových hydrogenačních katalyzátorů pro použití jako nekonvenční hydridy kovů pro redukci kyslíku.
Ve svém příspěvku JACS se vědci zaměřují výhradně na oxidační reaktivitu katalyzátorů přenosu hydrogenací na bázi iridia v homogenním nevodném roztoku. Zjistili, že iridiový komplex působí jak na oxidaci alkoholů, tak na snížení kyslíku.
„Většina sloučenin reaguje buď s vodíkem, nebo s kyslíkem, ale tento katalyzátor reaguje s oběma,“ řekl Heiden. „Reaguje s vodíkem za vzniku hydridu a poté reaguje s kyslíkem za vzniku vody; a to v homogenním nevodném rozpouštědle.“
Nové katalyzátory by mohly vést k eventuálnímu vývoji účinnějších vodíkových palivových článků, což by podstatně snížilo jejich náklady, uvedl Heiden.
Práce byla financována americkým ministerstvem energetiky.