Ve známé ukázce chemie na střední škole instruktor nejprve používá elektřinu k rozdělení kapalné vody na její základní plyny, vodík a kyslík. Poté kombinací obou plynů a jejich zapálením jiskrou instruktor změní plyny zpět na vodu hlasitým popem.
Vědci z University of Illinois objevily nový způsob výroby vody, a to bez popu. Nejen, že mohou vyrábět vodu z nepravděpodobných výchozích materiálů, jako jsou alkoholy, ale jejich práce by také mohla vést k lepším katalyzátorům a levnějším palivovým článkům.
„Zjistili jsme, že nekonvenční hydridy kovů lze použít pro chemický proces zvaný redukce kyslíku, který je podstatnou součástí procesu výroby vody,“ řekl Zachariah Heiden, doktorand a hlavní autor článek přijatý k publikaci v časopise Journal of the American Chemical Society.
Molekula vody (formálně známá jako dihydrogenmonoxid) se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Ale nemůžete jednoduše vzít dva vodíky atomy a přilepit je na atom kyslíku. Skutečná reakce na výrobu vody je trochu komplikovanější: 2H2 + O2 = 2H2O + energie.
V angličtině rovnice říká: Produkovat dvě molekuly vody ( H2O), dvě molekuly křemeliny vodíku (H2) musí být kombinovány s jednou molekulou křemeliny kyslíku (O2). Energie bude uvolněna v procesu.
„Tato reakce (2H2 + O2 = 2H2O + energie ) je známa již dvě století, ale dosud ji nikdo nedělal v homogenním řešení, “řekl Thomas Rauchfuss, U I. profesora chemie a odpovídajícího autora příspěvku.
Známá reakce také popisuje, co se děje uvnitř vodíkového palivového článku.
V typickém palivovém článku vstupuje křemelinový plynný vodík na jednu stranu článku, křemelinový plynný kyslík vstupuje na druhou stranu. Molekuly vodíku ztrácejí své elektrony a kladně se nabijí procesem nazývaným oxidace, zatímco molekuly kyslíku získávají čtyři elektrony a negativně se nabijí procesem nazývaným redukce. Negativně nabité ionty kyslíku kombinují s kladně nabitými vodíkovými ionty za vzniku vody a uvolňování elektrické energie.
„Složitou stránkou“ palivového článku je reakce redukce kyslíku, nikoli reakce oxidace vodíku, uvedl Rauchfuss. „Zjistili jsme však, že nové katalyzátory redukce kyslíku mohou také vést k novým chemickým prostředkům pro oxidaci vodíku. “
Rauchfuss a Heiden nedávno zkoumali relativně novou generaci přenosových hydrogenačních katalyzátorů pro použití jako nekonvenční hydridy kovů pro redukci kyslíku.
Ve svém článku JACS se vědci zaměřují výhradně na oxidační reaktivitu katalyzátorů přenosu hydrogenací na bázi iridia v homogenním nevodném roztoku. Zjistili, že iridiový komplex působí jak na oxidaci alkoholů, tak na snížení kyslíku.
„Většina sloučenin reaguje buď s vodíkem nebo s kyslíkem, ale tento katalyzátor reaguje s oběma,“ řekl Heiden. „Reaguje s vodíkem za vzniku hydridu a poté reaguje s kyslíkem za vzniku vody; a to v homogenním nevodném rozpouštědle. “
Nové katalyzátory by mohly vést k eventuálnímu vývoji účinnějších vodíkových palivových článků, což by podstatně snížilo jejich náklady, uvedl Heiden.