In una familiare dimostrazione di chimica al liceo, un istruttore usa prima lelettricità per dividere lacqua liquida nei suoi gas costituenti, idrogeno e ossigeno. Quindi, combinando i due gas e accendendoli con una scintilla, listruttore ritrasforma i gas in acqua con un forte scoppio.
Scienziati di lUniversità dellIllinois ha scoperto un nuovo modo di fare lacqua, e senza pop. Non solo possono produrre acqua da materiali di partenza improbabili, come gli alcoli, ma il loro lavoro potrebbe anche portare a catalizzatori migliori e celle a combustibile meno costose.
“Abbiamo scoperto che gli idruri metallici non convenzionali possono essere utilizzati per un processo chimico chiamato riduzione dellossigeno, che è una parte essenziale del processo di produzione dellacqua”, ha detto Zachariah Heiden, studente di dottorato e autore principale di un documento accettato per la pubblicazione nel Journal of the American Chemical Society.
Una molecola dacqua (formalmente nota come monossido di diidrogeno) è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Ma non puoi semplicemente prendere due idrogeno atomi e attaccarli su un atomo di ossigeno. La reazione effettiva per produrre acqua è un po più complicata: 2H2 + O2 = 2H2O + Energia.
In inglese, lequazione dice: Per produrre due molecole di acqua ( H2O), due molecole di idrogeno biatomico (H2) devono essere combinate con una molecola di ossigeno biatomico (O2). Durante il processo verrà rilasciata energia.
“Questa reazione (2H2 + O2 = 2H2O + Energy ) è noto da due secoli, ma fino ad ora nessuno lo ha fatto funzionare in una soluzione omogenea “, ha detto Thomas Rauchfuss, un U . of I. professore di chimica e autore corrispondente dellarticolo.
La ben nota reazione descrive anche cosa accade allinterno di una cella a combustibile a idrogeno.
In una tipica cella a combustibile, il gas idrogeno biatomico entra da un lato della cella, il gas ossigeno biatomico entra dallaltro lato. Le molecole di idrogeno perdono i loro elettroni e si caricano positivamente attraverso un processo chiamato ossidazione, mentre le molecole di ossigeno guadagnano quattro elettroni e si caricano negativamente attraverso un processo chiamato riduzione. Gli ioni ossigeno caricati negativamente si combinano con ioni idrogeno caricati positivamente per formare acqua e rilasciare energia elettrica.
Il “lato difficile” della cella a combustibile è la reazione di riduzione dellossigeno, non la reazione di ossidazione dellidrogeno, ha detto Rauchfuss. “Abbiamo scoperto, tuttavia, che nuovi catalizzatori per la riduzione dellossigeno potrebbero anche portare a nuovi mezzi chimici per lossidazione dellidrogeno. ”
Rauchfuss e Heiden hanno recentemente studiato una generazione relativamente nuova di catalizzatori di idrogenazione di trasferimento da utilizzare come idruri metallici non convenzionali per la riduzione dellossigeno.
Nel loro documento JACS, i ricercatori si concentrano esclusivamente sulla reattività ossidativa dei catalizzatori di idogenazione di trasferimento a base di iridio in una soluzione omogenea e non acquosa. Hanno scoperto che il complesso delliridio ha effetti sia sullossidazione degli alcoli che sulla riduzione dellossigeno.
“La maggior parte dei composti reagisce con lidrogeno o lossigeno, ma questo catalizzatore reagisce con entrambi”, ha detto Heiden. “Reagisce con lidrogeno per formare un idruro, quindi reagisce con lossigeno per produrre acqua; e lo fa in un solvente omogeneo e non acquoso. ”
I nuovi catalizzatori potrebbero portare allo sviluppo finale di celle a combustibile a idrogeno più efficienti, riducendo sostanzialmente il loro costo, ha detto Heiden.