In einer bekannten Demonstration der Chemie an der High School verwendet ein Ausbilder zunächst Elektrizität, um flüssiges Wasser in seine Bestandteile zu spalten. Wasserstoff und Sauerstoff. Durch die Kombination der beiden Gase und die Entzündung mit einem Funken wandelt der Ausbilder die Gase mit einem lauten Knall wieder in Wasser um.
Wissenschaftler bei Die Universität von Illinois hat einen neuen Weg gefunden, um Wasser ohne Pop herzustellen. Sie können nicht nur Wasser aus unwahrscheinlichen Ausgangsmaterialien wie Alkoholen herstellen, ihre Arbeit könnte auch zu besseren Katalysatoren und kostengünstigeren Brennstoffzellen führen.
„Wir haben festgestellt, dass unkonventionelle Metallhydride für einen chemischen Prozess namens Sauerstoffreduktion verwendet werden können, der ein wesentlicher Bestandteil des Wasserherstellungsprozesses ist“, sagte Zachariah Heiden, Doktorandin und Hauptautorin von a Papier zur Veröffentlichung im Journal der American Chemical Society angenommen.
Ein Wassermolekül (früher als Dihydrogenmonoxid bekannt) besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Sie können jedoch nicht einfach zwei Wasserstoffatome nehmen Atome und kleben sie auf ein Sauerstoffatom. Die eigentliche Reaktion zur Herstellung von Wasser ist etwas komplizierter: 2H2 + O2 = 2H2O + Energie.
Im Englischen heißt es in der Gleichung: Zwei Wassermoleküle erzeugen ( H2O) müssen zwei Moleküle zweiatomigen Wasserstoffs (H2) mit einem Molekül zweiatomigen Sauerstoffs (O2) kombiniert werden. Dabei wird Energie freigesetzt.
„Diese Reaktion (2H2 + O2 = 2H2O + Energie ) ist seit zwei Jahrhunderten bekannt, aber bis jetzt hat niemand dafür gesorgt, dass es in einer homogenen Lösung funktioniert “, sagte Thomas Rauchfuss, ein U. von I. Professor für Chemie und dem entsprechenden Autor der Arbeit.
Die bekannte Reaktion beschreibt auch, was in einer Wasserstoffbrennstoffzelle passiert.
In einer typischen Brennstoffzelle tritt das zweiatomige Wasserstoffgas in eine Seite der Zelle ein, zweiatomiges Sauerstoffgas in die andere Seite. Die Wasserstoffmoleküle verlieren ihre Elektronen und werden durch einen als Oxidation bezeichneten Prozess positiv geladen, während die Sauerstoffmoleküle vier Elektronen gewinnen und durch einen als Reduktion bezeichneten Prozess negativ geladen werden. Die negativ geladenen Sauerstoffionen verbinden sich mit positiv geladenen Wasserstoffionen, um Wasser zu bilden und elektrische Energie freizusetzen.
Die „schwierige Seite“ der Brennstoffzelle ist die Sauerstoffreduktionsreaktion, nicht die Wasserstoffoxidationsreaktion, sagte Rauchfuss. „Wir fanden jedoch heraus, dass neue Katalysatoren für die Sauerstoffreduktion auch zu neuen chemischen Mitteln führen könnten für die Wasserstoffoxidation. “
Rauchfuss und Heiden untersuchten kürzlich eine relativ neue Generation von Transferhydrierungskatalysatoren zur Verwendung als unkonventionelle Metallhydride zur Sauerstoffreduktion.
In ihrer JACS-Arbeit konzentrieren sich die Forscher ausschließlich auf die oxidative Reaktivität von Transferhydrogenierungskatalysatoren auf Iridiumbasis in einer homogenen, nichtwässrigen Lösung. Sie fanden heraus, dass der Iridiumkomplex sowohl die Oxidation von Alkoholen als auch die Reduktion des Sauerstoffs beeinflusst.
„Die meisten Verbindungen reagieren entweder mit Wasserstoff oder Sauerstoff, aber dieser Katalysator reagiert mit beiden“, sagte Heiden. „Er reagiert mit Wasserstoff unter Bildung eines Hydrids und reagiert dann mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser. und das in einem homogenen, nichtwässrigen Lösungsmittel. “
Die neuen Katalysatoren könnten letztendlich zur Entwicklung effizienterer Wasserstoffbrennstoffzellen führen und deren Kosten erheblich senken, sagte Heiden.