Egy megszokott középiskolai kémiai bemutatón az oktató először áramot használ a folyékony víz felosztására az azt alkotó gázokra, hidrogén és oxigén. Ezután a két gáz egyesítésével és egy szikra meggyújtásával az oktató hangos durranással visszaváltoztatja a gázokat vízgé.
az Illinoisi Egyetem felfedezte a víz készítésének új módját, pop nélkül. Nem csak valószínűtlen kiindulási anyagokból, például alkoholokból készíthetnek vizet, munkájukkal jobb katalizátorokhoz és olcsóbb üzemanyagcellákhoz is vezethetnek.
“Megállapítottuk, hogy a nem szokványos fémhidridek felhasználhatók az oxigén redukciójának nevezett kémiai folyamathoz, amely elengedhetetlen része a vízkészítés folyamatának.” – mondta Zachariah Heiden, doktorandusz és a cikk elfogadásra került a Journal of the American Chemical Society folyóiratba.
A vízmolekula (formálisan dihidrogénmonoxid néven ismert) két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. De nem lehet egyszerűen két hidrogént venni atomokat és ragasszuk őket egy oxigénatomra. A tényleges reakció a víz előállítására kissé bonyolultabb: 2H2 + O2 = 2H2O + energia.
Angolul az egyenlet azt mondja: Két vízmolekula előállításához ( H2O), két diatomi hidrogén (H2) molekulát össze kell kapcsolni egy diatomi oxigén (O2) molekulával. A folyamat során energia szabadul fel.
“Ez a reakció (2H2 + O2 = 2H2O + energia ) két évszázad óta ismert, de eddig senki sem tette homogén megoldásként való működésre. ”- mondta Thomas Rauchfuss, az U I. kémiaprofesszor és a cikk megfelelő szerzője.
A jól ismert reakció leírja azt is, hogy mi történik egy hidrogén üzemanyagcellában.
Egy tipikus üzemanyagcellában a diatomi hidrogéngáz a cella egyik oldalára, a diatomikus oxigéngáz a másik oldalára jut. A hidrogénmolekulák elveszítik elektronjaikat és pozitív töltésűvé válnak az oxidációnak nevezett folyamat révén, míg az oxigénmolekulák négy elektronra tesznek szert és negatív töltésűvé válnak a redukciónak nevezett folyamat révén. A negatív töltésű oxigénionok a pozitív töltésű hidrogénionokkal együtt vizet alkotnak és elektromos energiát szabadítanak fel.
Az üzemanyagcella “nehéz oldala” az oxigén redukciós reakció, nem pedig a hidrogén oxidációs reakció, mondta Rauchfuss. “Megállapítottuk azonban, hogy az oxigén redukciójának új katalizátorai új kémiai eszközökhöz is vezethetnek hidrogén-oxidációhoz. ”
Rauchfuss és Heiden nemrégiben egy viszonylag új generációs transzfer-hidrogénező katalizátort vizsgáltak, amelyek rendhagyó fémhidridekként használhatók az oxigén redukciójához.
JACS cikkükben a kutatók kizárólag az irídium-alapú transzfer-hidogenizációs katalizátorok oxidatív reaktivitására koncentrálnak homogén, nem vizes oldatban. Megállapították az irídium komplex hatásait, mind az alkoholok oxidációját, mind az oxigén redukcióját.
“A legtöbb vegyület hidrogénnel vagy oxigénnel reagál, de ez a katalizátor mindkettővel reagál” – mondta Heiden. “A hidrogénnel reagálva hidridet képez, majd oxigénnel reagálva víz keletkezik; és ezt homogén, nem vizes oldószerben teszi. ”
Az új katalizátorok hatékonyabb hidrogén üzemanyagcellák fejlesztéséhez vezethetnek, jelentősen csökkentve azok költségeit – mondta Heiden.