Dans une démonstration de chimie familière au lycée, un instructeur utilise dabord lélectricité pour diviser leau liquide en ses gaz constitutifs, lhydrogène et loxygène. Ensuite, en combinant les deux gaz et en les allumant avec une étincelle, linstructeur transforme les gaz en eau avec un pop puissant.
Scientifiques de lUniversité de lIllinois a découvert une nouvelle façon de faire de leau, et sans le pop. Non seulement ils peuvent fabriquer de leau à partir de matières de départ improbables, telles que des alcools, mais leur travail pourrait également conduire à de meilleurs catalyseurs et à des piles à combustible moins chères.
« Nous avons constaté que les hydrures métalliques non conventionnels peuvent être utilisés pour un processus chimique appelé réduction de loxygène, qui est une partie essentielle du processus de fabrication de leau », a déclaré Zachariah Heiden, doctorant et auteur principal dun article accepté pour publication dans le Journal of the American Chemical Society.
Une molécule deau (anciennement appelée monoxyde de dihydrogène) est composée de deux atomes dhydrogène et dun atome doxygène. Mais vous ne pouvez pas simplement prendre deux atomes dhydrogène atomes et collez-les sur un atome doxygène. La réaction réelle pour fabriquer de leau est un peu plus compliquée: 2H2 + O2 = 2H2O + Énergie.
En anglais, léquation dit: Pour produire deux molécules deau ( H2O), deux molécules dhydrogène diatomique (H2) doivent être combinées avec une molécule doxygène diatomique (O2). De lénergie sera libérée au cours du processus.
« Cette réaction (2H2 + O2 = 2H2O + énergie ) est connue depuis deux siècles, mais jusquà présent personne ne la fait fonctionner dans une solution homogène », a déclaré Thomas Rauchfuss, un U . de I. professeur de chimie et auteur correspondant de larticle.
La réaction bien connue décrit également ce qui se passe à lintérieur dune pile à hydrogène.
Dans une pile à combustible typique, le gaz hydrogène diatomique entre dun côté de la cellule, le gaz oxygène diatomique entre de lautre côté. Les molécules dhydrogène perdent leurs électrons et deviennent chargées positivement par un processus appelé oxydation, tandis que les molécules doxygène gagnent quatre électrons et deviennent chargées négativement par un processus appelé réduction. Les ions oxygène chargés négativement se combinent avec les ions hydrogène chargés positivement pour former de leau et libérer de lénergie électrique.
Le « côté difficile » de la pile à combustible est la réaction de réduction de loxygène, pas la réaction doxydation de lhydrogène, a déclaré Rauchfuss. « Nous avons toutefois constaté que de nouveaux catalyseurs pour la réduction de loxygène pourraient également conduire à de nouveaux moyens chimiques pour loxydation de lhydrogène. »
Rauchfuss et Heiden ont récemment étudié une génération relativement nouvelle de catalyseurs dhydrogénation par transfert à utiliser comme hydrures métalliques non conventionnels pour la réduction de loxygène.
Dans leur article JACS, les chercheurs se concentrent exclusivement sur la réactivité oxydative des catalyseurs dhydrogénation par transfert à base diridium dans une solution homogène et non aqueuse. Ils ont découvert que le complexe diridium avait des effets à la fois sur loxydation des alcools et sur la réduction de loxygène.
«La plupart des composés réagissent avec lhydrogène ou loxygène, mais ce catalyseur réagit avec les deux», a déclaré Heiden. «Il réagit avec lhydrogène pour former un hydrure, puis réagit avec loxygène pour produire de leau; et il le fait dans un solvant homogène et non aqueux. »
Les nouveaux catalyseurs pourraient conduire au développement éventuel de piles à combustible à hydrogène plus efficaces, réduisant considérablement leur coût, a déclaré Heiden.