I en velkendt kemisk demonstration på gymnasiet bruger en instruktør først elektricitet til at opdele flydende vand i dets bestanddele. brint og ilt. Ved at kombinere de to gasser og antænde dem med en gnist skifter instruktøren gasserne tilbage til vand med en høj pop.
Forskere ved University of Illinois har opdaget en ny måde at fremstille vand på og uden pop. Ikke alene kan de fremstille vand af usandsynlige udgangsmaterialer, såsom alkoholer, deres arbejde kan også føre til bedre katalysatorer og billigere brændselsceller.
“Vi fandt ud af, at ukonventionelle metalhydrider kan bruges til en kemisk proces kaldet iltreduktion, som er en væsentlig del af processen med at fremstille vand,” sagde Zachariah Heiden, en doktorand og hovedforfatter af en papir accepteret til offentliggørelse i Journal of the American Chemical Society.
Et vandmolekyle (formelt kendt som dihydrogenmonoxid) består af to brintatomer og et iltatom, men du kan ikke bare tage to brint Atomer og klæber dem fast på et iltatom. Den egentlige reaktion for at gøre vand er lidt mere kompliceret: 2H2 + O2 = 2H2O + Energi.
På engelsk siger ligningen: At producere to vandmolekyler ( H2O), to molekyler diatomisk brint (H2) skal kombineres med et molekyle diatomisk ilt (O2). Energi frigives i processen.
“Denne reaktion (2H2 + O2 = 2H2O + Energi ) har været kendt i to århundreder, men indtil nu har ingen fået det til at arbejde i en homogen løsning, ”sagde Thomas Rauchfuss, en U af professor i kemi og papirets tilsvarende forfatter.
Den velkendte reaktion beskriver også, hvad der sker inde i en brintbrændselscelle.
I en typisk brændselscelle kommer den diatomiske brintgas ind i den ene side af cellen, den diatomiske iltgas kommer ind på den anden side. Brintmolekylerne mister deres elektroner og bliver positivt ladede gennem en proces kaldet oxidation, mens iltmolekylerne får fire elektroner og bliver negativt ladet gennem en proces kaldet reduktion. De negativt ladede iltioner kombineres med positivt ladede brintioner for at danne vand og frigive elektrisk energi.
Den “vanskelige side” af brændselscellen er iltreduktionsreaktionen, ikke hydrogenoxidationsreaktionen, sagde Rauchfuss. “Vi fandt imidlertid, at nye katalysatorer til iltreduktion også kunne føre til nye kemiske midler til hydrogenoxidation. ”
Rauchfuss og Heiden undersøgte for nylig en relativt ny generation af transferhydrogeneringskatalysatorer til brug som ukonventionelle metalhydrider til iltreduktion.
I deres JACS-papir fokuserer forskerne udelukkende på den oxidative reaktivitet af iridium-baserede transferhydogeneringskatalysatorer i en homogen, ikke-vandig opløsning. De fandt, at iridium-komplekset påvirker både oxidation af alkoholer og reduktionen af ilt.
“De fleste forbindelser reagerer med enten hydrogen eller ilt, men denne katalysator reagerer med begge,” sagde Heiden. “Den reagerer med hydrogen til dannelse af et hydrid og reagerer derefter med ilt for at fremstille vand; og det gør dette i et homogent, ikke-vandigt opløsningsmiddel. ”
De nye katalysatorer kan føre til en eventuel udvikling af mere effektive brintbrændselsceller, hvilket reducerer deres omkostninger væsentligt, sagde Heiden.