Forskare vid University of Illinois har upptäckt ett nytt sätt att göra vatten och utan pop. Inte bara kan de göra vatten från osannolika utgångsmaterial, såsom alkoholer, deras arbete kan också leda till bättre katalysatorer och billigare bränsleceller. ” papper accepterat för publicering i Journal of the American Chemical Society och publiceras på dess webbplats.
En vattenmolekyl (formellt känd som vätemonoxid) består av två väteatomer och en syreatom. Men du kan inte helt enkelt ta två väteatomer och hålla dem på en syreatom. Den faktiska reaktionen för att göra vatten är lite mer komplicerad: 2H2 + O2 = 2H2O + Energi.
På engelska, ekvationen säger: För att producera två vattenmolekyler (H2O) måste två molekyler diatomiskt väte (H2) kombineras med en molekyl diatomiskt syre (O2). Energi frigörs i processen.
”Detta reaktion (2H2 + O2 = 2H2O + energi) har varit känd i två århundraden, men hittills har ingen fått det att fungera i en homogen lösning, ”säger Thomas Rauchfuss, professor i kemi och tidningen” s motsvarande författare.
Den välkända reaktionen beskriver också vad som händer inuti en vätgasbränslecell.
I en typisk bränslecell kommer den diatomiska vätgas in i ena sidan av cellen, diatomisk syrgas kommer in den andra sidan. Vätemolekylerna förlorar sina elektroner och laddas positivt genom en process som kallas oxidation, medan syremolekylerna får fyra elektroner och blir negativt laddade genom en process som kallas reduktion. De negativt laddade syrejonerna kombineras med positivt laddade vätejoner för att bilda vatten och frigöra elektrisk energi.
Den ”svåra sidan” av bränslecellen är syrereduktionsreaktionen, inte väteoxidationsreaktionen, sa Rauchfuss. ”Vi fann dock att nya katalysatorer för syrereduktion också kunde leda till nya kemiska medel för väteoxidation.”
Rauchfuss och Heiden undersökte nyligen en relativt ny generation av transferhydrogeneringskatalysatorer för användning som okonventionella metallhydrider för syrereduktion.
I sitt JACS-papper fokuserar forskarna uteslutande på den oxidativa reaktiviteten hos iridiumbaserade överföringshydogeneringskatalysatorer i en homogen, icke-vattenhaltig lösning. De fann att iridiumkomplexet påverkar både oxidationen av alkoholer och minskningen av syret.
”De flesta föreningar reagerar med antingen väte eller syre, men denna katalysator reagerar med båda”, sa Heiden. ”Det reagerar med väte för att bilda en hydrid och reagerar sedan med syre för att skapa vatten. Och det gör det i ett homogent, icke-vattenhaltigt lösningsmedel.”
De nya katalysatorerna kan leda till en eventuell utveckling av mer effektiva vätgasbränsleceller, vilket avsevärt sänker deras kostnader, säger Heiden.
Arbetet finansierades av US Department of Energy.