Illinoisin yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden tavan veden valmistamiseen ilman popia. Paitsi että he voivat valmistaa vettä epätodennäköisistä lähtöaineista, kuten alkoholeista, heidän työnsä voi myös johtaa parempiin katalyytteihin ja halvempiin polttokennoihin.
paperi on hyväksytty julkaistavaksi Journal of the American Chemical Society -lehdessä ja julkaistu sen verkkosivustolla.
Vesimolekyyli (muodollisesti tunnettu dihydrogeenimonoksidina) koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista. Mutta et voi yksinkertaisesti ottaa kahta vetyatomia ja kiinnittää ne happiatomiin. Varsinainen reaktio veden tekemiseksi on hieman monimutkaisempi: 2H2 + O2 = 2H2O + energia.
Englanniksi yhtälö sanoo: Kahden vesimolekyylin (H2O) tuottamiseksi kaksi piimaa-molekyyliä (H2) on yhdistettävä yhden piimaan hapen (O2) molekyylin kanssa. Energia vapautuu prosessissa.
”Tämä reaktio (2H2 + O2 = 2H2O + energia) on ollut tiedossa jo kahden vuosisadan ajan, mutta toistaiseksi kukaan ei ole saattanut sitä toimimaan homogeenisessa ratkaisussa ”, kertoi Thomas Rauchfuss, I. kemian ja paperin professori I. vastaava kirjailija.
Tunnettu reaktio kuvaa myös, mitä tapahtuu vetypolttokennon sisällä.
Tyypillisessä polttokennossa piimaa sisältävä vetykaasu tulee kennon toiselle puolelle, piimainen happikaasu toinen puoli. Vetymolekyylit menettävät elektroninsa ja latautuvat positiivisesti hapetukseksi kutsutun prosessin kautta, kun taas happimolekyylit saavat neljä elektronia ja varautuvat negatiivisesti pelkistykseksi kutsutun prosessin kautta. Negatiivisesti varautuneet happi-ionit yhdessä positiivisesti varautuneiden vetyionien kanssa muodostavat vettä ja vapauttavat sähköenergiaa.
Polttokennon ”vaikea puoli” on hapen pelkistysreaktio, ei vedyn hapetusreaktio, Rauchfuss sanoi. ”Löysimme kuitenkin, että uudet katalyytit hapen pelkistykseen voivat johtaa myös uusiin kemiallisiin keinoihin vedyn hapettumiselle.”
Rauchfuss ja Heiden tutkivat äskettäin suhteellisen uuden sukupolven siirtohydrauskatalyyttejä käytettäväksi epätavanomaisina metallihydrideinä hapen pelkistämisessä.
JACS-artikkelissaan tutkijat keskittyvät yksinomaan iridiumpohjaisten siirtohydrauskatalyyttien oksidatiiviseen reaktiivisuuteen homogeenisessa, vedettömässä liuoksessa. He löysivät iridiumkompleksin vaikutukset sekä alkoholien hapettumiseen että hapen pelkistymiseen.
”Useimmat yhdisteet reagoivat joko vedyn tai hapen kanssa, mutta tämä katalyytti reagoi molempien kanssa”, Heiden sanoi. ”Se reagoi vedyn kanssa muodostaen hydridin, ja sitten reagoi hapen kanssa muodostaen vettä; ja se tekee tämän homogeenisessa, vedettömässä liuottimessa.” Uudet katalyytit voivat johtaa tehokkaampien vetypolttokennojen mahdolliseen kehittämiseen ja alentaa huomattavasti niiden kustannuksia, Heiden sanoi.
Työn rahoitti Yhdysvaltain energiaministeriö.