En una demostración familiar de química de la escuela secundaria, un instructor primero usa electricidad para dividir el agua líquida en sus gases constituyentes, hidrógeno y oxígeno. Luego, al combinar los dos gases y encenderlos con una chispa, el instructor convierte los gases en agua con un fuerte estallido.
Científicos de la Universidad de Illinois ha descubierto una nueva forma de producir agua, y sin el pop. No solo pueden producir agua a partir de materiales de partida poco probables, como los alcoholes, su trabajo también podría conducir a mejores catalizadores y celdas de combustible menos costosas.
«Descubrimos que los hidruros metálicos no convencionales se pueden utilizar para un proceso químico llamado reducción de oxígeno, que es una parte esencial del proceso de producción de agua», dijo Zachariah Heiden, estudiante de doctorado y autor principal de un artículo aceptado para su publicación en el Journal of the American Chemical Society.
Una molécula de agua (conocida formalmente como monóxido de dihidrógeno) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Pero no se pueden tomar simplemente dos átomos y pegarlos en un átomo de oxígeno. La reacción real para producir agua es un poco más complicada: 2H2 + O2 = 2H2O + Energía.
En inglés, la ecuación dice: Para producir dos moléculas de agua ( H2O), dos moléculas de hidrógeno diatómico (H2) deben combinarse con una molécula de oxígeno diatómico (O2). Se liberará energía en el proceso.
«Esta reacción (2H2 + O2 = 2H2O + Energía ) se conoce desde hace dos siglos, pero hasta ahora nadie lo ha hecho funcionar en una solución homogénea ”, dijo Thomas Rauchfuss, un U . de I. profesor de química y autor correspondiente del artículo.
La conocida reacción también describe lo que sucede dentro de una celda de combustible de hidrógeno.
En una celda de combustible típica, el gas de hidrógeno diatómico ingresa por un lado de la celda, el gas de oxígeno diatómico ingresa por el otro lado. Las moléculas de hidrógeno pierden sus electrones y se cargan positivamente a través de un proceso llamado oxidación, mientras que las moléculas de oxígeno ganan cuatro electrones y se cargan negativamente a través de un proceso llamado reducción. Los iones de oxígeno cargados negativamente se combinan con iones de hidrógeno cargados positivamente para formar agua y liberar energía eléctrica.
El «lado difícil» de la pila de combustible es la reacción de reducción de oxígeno, no la reacción de oxidación de hidrógeno, dijo Rauchfuss. «Sin embargo, descubrimos que nuevos catalizadores para la reducción de oxígeno también podrían conducir a nuevos medios químicos para la oxidación del hidrógeno «.
Rauchfuss y Heiden investigaron recientemente una generación relativamente nueva de catalizadores de hidrogenación de transferencia para su uso como hidruros metálicos no convencionales para la reducción de oxígeno.
En su artículo de JACS, los investigadores se centran exclusivamente en la reactividad oxidativa de los catalizadores de hidrogenación de transferencia a base de iridio en una solución homogénea y no acuosa. Descubrieron que el complejo de iridio afecta tanto a la oxidación de los alcoholes como a la reducción del oxígeno.
«La mayoría de los compuestos reaccionan con hidrógeno u oxígeno, pero este catalizador reacciona con ambos», dijo Heiden. «Reacciona con hidrógeno para formar un hidruro, y luego reacciona con oxígeno para producir agua; y lo hace en un disolvente no acuoso homogéneo «.
Los nuevos catalizadores podrían conducir al desarrollo eventual de pilas de combustible de hidrógeno más eficientes, reduciendo sustancialmente su costo, dijo Heiden.