Naukowcy z University of Illinois odkryli nowy sposób wytwarzania wody bez popijania. Nie tylko mogą wytwarzać wodę z mało prawdopodobnych materiałów wyjściowych, takich jak alkohole, ale ich praca może również prowadzić do lepszych katalizatorów i tańszych ogniw paliwowych.
„Odkryliśmy, że niekonwencjonalne wodorki metali można stosować w procesie chemicznym zwanym redukcją tlenu, który jest istotną częścią procesu wytwarzania wody” – powiedział Zachariah Heiden, doktorant i główny autor publikacji artykuł przyjęty do publikacji w Journal of the American Chemical Society i umieszczony na jego stronie internetowej.
Cząsteczka wody (formalnie znana jako monotlenek diwodoru) składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Ale nie możesz po prostu wziąć dwóch atomów wodoru i przykleić je do atomu tlenu. Rzeczywista reakcja na wytworzenie wody jest nieco bardziej skomplikowana: 2H2 + O2 = 2H2O + energia.
W języku angielskim równanie mówi: Aby wyprodukować dwie cząsteczki wody (H2O), dwie cząsteczki dwuatomowego wodoru (H2) muszą być połączone z jedną cząsteczką dwuatomowego tlenu (O2). W tym procesie uwolniona zostanie energia.
„To reakcja (2H2 + O2 = 2H2O + energia) jest znana od dwóch stuleci, ale do tej pory nikt nie sprawił, że działała w jednorodnym roztworze „- powiedział Thomas Rauchfuss, profesor chemii U. I. autor do korespondencji.
Dobrze znana reakcja opisuje również, co dzieje się wewnątrz wodorowego ogniwa paliwowego.
W typowym ogniwie paliwowym dwuatomowy wodór wchodzi z jednej strony do ogniwa, a dwuatomowy tlen druga strona. Cząsteczki wodoru tracą elektrony i stają się dodatnio naładowane w procesie zwanym utlenianiem, podczas gdy cząsteczki tlenu zyskują cztery elektrony i stają się naładowane ujemnie w procesie zwanym redukcją. Ujemnie naładowane jony tlenu łączą się z dodatnio naładowanymi jonami wodoru, tworząc wodę i uwalniając energię elektryczną.
„Trudną stroną” ogniwa paliwowego jest reakcja redukcji tlenu, a nie reakcja utleniania wodoru, powiedział Rauchfuss. „Odkryliśmy jednak, że nowe katalizatory do redukcji tlenu mogą również prowadzić do nowych środków chemicznych do utleniania wodoru”.
Rauchfuss i Heiden zbadali ostatnio stosunkowo nową generację katalizatorów uwodornienia transferowego do stosowania jako niekonwencjonalne wodorki metali do redukcji tlenu.
W artykule JACS naukowcy skupili się wyłącznie na reaktywności oksydacyjnej katalizatorów hydogenizacji transferowej na bazie irydu w jednorodnym, niewodnym roztworze. Odkryli, że kompleks irydu wpływa zarówno na utlenianie alkoholi, jak i na redukcję tlenu.
„Większość związków reaguje z wodorem lub tlenem, ale ten katalizator reaguje z obydwoma” – powiedział Heiden. „Reaguje z wodorem, tworząc wodorek, a następnie reaguje z tlenem, tworząc wodę; i robi to w jednorodnym, niewodnym rozpuszczalniku”.
Nowe katalizatory mogą ostatecznie doprowadzić do opracowania bardziej wydajnych wodorowych ogniw paliwowych, znacznie obniżając ich koszt, powiedział Heiden.
Praca została sfinansowana przez Departament Energii USA.