Wissenschaftler an der Universität von Illinois haben einen neuen Weg gefunden, um Wasser zu machen, und zwar ohne Pop. Sie können nicht nur Wasser aus unwahrscheinlichen Ausgangsmaterialien wie Alkoholen herstellen, ihre Arbeit könnte auch zu besseren Katalysatoren und kostengünstigeren Brennstoffzellen führen.
„Wir haben festgestellt, dass unkonventionelle Metallhydride für einen chemischen Prozess namens Sauerstoffreduktion verwendet werden können, der ein wesentlicher Bestandteil des Wasserherstellungsprozesses ist“, sagte Zachariah Heiden, Doktorandin und Hauptautorin von a Papier zur Veröffentlichung im Journal der American Chemical Society angenommen und auf ihrer Website veröffentlicht.
Ein Wassermolekül (formal bekannt als Dihydrogenmonoxid) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Sie können jedoch nicht einfach zwei Wasserstoffatome nehmen und an ein Sauerstoffatom kleben. Die eigentliche Reaktion zur Herstellung von Wasser ist etwas komplizierter: 2H2 + O2 = 2H2O + Energie.
Im Englischen die Gleichung sagt: Um zwei Moleküle Wasser (H2O) zu produzieren, müssen zwei Moleküle zweiatomigen Wasserstoffs (H2) mit einem Molekül zweiatomigen Sauerstoffs (O2) kombiniert werden. Dabei wird Energie freigesetzt.
„Dies Die Reaktion (2H2 + O2 = 2H2O + Energie) ist seit zwei Jahrhunderten bekannt, aber bisher hat niemand dafür gesorgt, dass sie in einer homogenen Lösung funktioniert „, sagte Thomas Rauchfuss, Professor für Chemie an der Universität I. und der Arbeit entsprechender Autor.
Die bekannte Reaktion beschreibt auch, was in einer Wasserstoffbrennstoffzelle passiert.
In einer typischen Brennstoffzelle tritt das zweiatomige Wasserstoffgas in eine Seite der Zelle ein, zweiatomiges Sauerstoffgas Die andere Seite. Die Wasserstoffmoleküle verlieren ihre Elektronen und werden durch einen als Oxidation bezeichneten Prozess positiv geladen, während die Sauerstoffmoleküle vier Elektronen gewinnen und durch einen als Reduktion bezeichneten Prozess negativ geladen werden. Die negativ geladenen Sauerstoffionen verbinden sich mit positiv geladenen Wasserstoffionen zu Wasser und setzen elektrische Energie frei.
Die „schwierige Seite“ der Brennstoffzelle ist die Sauerstoffreduktionsreaktion, nicht die Wasserstoffoxidationsreaktion, sagte Rauchfuss. „Wir haben jedoch festgestellt, dass neue Katalysatoren für die Sauerstoffreduktion auch zu neuen chemischen Mitteln für die Wasserstoffoxidation führen können.“
Rauchfuss und Heiden untersuchten kürzlich eine relativ neue Generation von Transferhydrierungskatalysatoren zur Verwendung als unkonventionelle Metallhydride zur Sauerstoffreduktion.
In ihrer JACS-Arbeit konzentrieren sich die Forscher ausschließlich auf die oxidative Reaktivität von Transferhydrogenierungskatalysatoren auf Iridiumbasis in einer homogenen, nichtwässrigen Lösung. Sie fanden heraus, dass der Iridiumkomplex sowohl die Oxidation von Alkoholen als auch die Reduktion des Sauerstoffs beeinflusst.
„Die meisten Verbindungen reagieren entweder mit Wasserstoff oder Sauerstoff, aber dieser Katalysator reagiert mit beiden“, sagte Heiden. „Es reagiert mit Wasserstoff unter Bildung eines Hydrids und dann mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser. Dies geschieht in einem homogenen, nichtwässrigen Lösungsmittel.“
Die neuen Katalysatoren könnten letztendlich zur Entwicklung effizienterer Wasserstoffbrennstoffzellen führen und deren Kosten erheblich senken, sagte Heiden.
Die Arbeit wurde vom US-Energieministerium finanziert.