Forskere ved University of Illinois har opdaget en ny måde at fremstille vand på og uden pop. Ikke alene kan de fremstille vand af usandsynlige udgangsmaterialer, såsom alkoholer, deres arbejde kan også føre til bedre katalysatorer og billigere brændselsceller.
“Vi fandt ud af, at ukonventionelle metalhydrider kan bruges til en kemisk proces kaldet iltreduktion, som er en væsentlig del af processen med at fremstille vand,” sagde Zachariah Heiden, en doktorand og hovedforfatter af en papir accepteret til offentliggørelse i Journal of the American Chemical Society og lagt ud på dets websted.
Et vandmolekyle (formelt kendt som dihydrogenmonoxid) består af to hydrogenatomer og et iltatom. Men du kan ikke bare tage to brintatomer og holde dem fast på et iltatom. Den egentlige reaktion for at gøre vand er lidt mere kompliceret: 2H2 + O2 = 2H2O + Energi.
På engelsk er ligningen siger: For at producere to vandmolekyler (H2O) skal to molekyler diatomisk brint (H2) kombineres med et molekyle diatomisk ilt (O2). Energi frigives i processen.
“Dette reaktion (2H2 + O2 = 2H2O + energi) har været kendt i to århundreder, men indtil nu har ingen fået det til at arbejde i en homogen løsning, “sagde Thomas Rauchfuss, en U. of I. professor i kemi og papirets Kontaktforfatter.
Den velkendte reaktion beskriver også, hvad der sker inde i en brintbrændselscelle.
I en typisk brændselscelle kommer den diatomiske brintgas ind i den ene side af cellen, diatomisk iltgas kommer ind den anden side. Brintmolekylerne mister deres elektroner og bliver positivt ladede gennem en proces kaldet oxidation, mens iltmolekylerne får fire elektroner og bliver negativt ladet gennem en proces kaldet reduktion. De negativt ladede iltioner kombineres med positivt ladede brintioner for at danne vand og frigive elektrisk energi.
Den “vanskelige side” af brændselscellen er iltreduktionsreaktionen, ikke hydrogenoxidationsreaktionen, sagde Rauchfuss. “Vi fandt imidlertid, at nye katalysatorer til iltreduktion også kunne føre til nye kemiske midler til hydrogenoxidation.”
Rauchfuss og Heiden undersøgte for nylig en relativt ny generation af transferhydrogeneringskatalysatorer til brug som ukonventionelle metalhydrider til iltreduktion.
I deres JACS-papir fokuserer forskerne udelukkende på den oxidative reaktivitet af iridium-baserede transferhydogeneringskatalysatorer i en homogen, ikke-vandig opløsning. De fandt, at iridium-komplekset påvirker både oxidation af alkoholer og reduktionen af ilt.
“De fleste forbindelser reagerer med enten hydrogen eller ilt, men denne katalysator reagerer med begge,” sagde Heiden. “Det reagerer med hydrogen for at danne et hydrid og reagerer derefter med ilt for at fremstille vand; og det gør det i et homogent, ikke-vandigt opløsningsmiddel.”
De nye katalysatorer kan føre til en eventuel udvikling af mere effektive brintbrændselsceller, hvilket reducerer deres omkostninger væsentligt, sagde Heiden.
Arbejdet blev finansieret af US Department of Energy.