Podczas znanej w liceum demonstracji chemii, instruktor najpierw używa elektryczności do rozszczepienia wody w stanie ciekłym na gazy składowe, wodór i tlen. Następnie, łącząc oba gazy i zapalając je iskrą, instruktor zamienia je z powrotem w wodę z głośnym trzaskiem.
Naukowcy z University of Illinois odkrył nowy sposób na robienie wody bez popijania. Nie tylko mogą wytwarzać wodę z mało prawdopodobnych materiałów wyjściowych, takich jak alkohole, ale ich praca może również prowadzić do lepszych katalizatorów i tańszych ogniw paliwowych.
„Odkryliśmy, że niekonwencjonalne wodorki metali można stosować w procesie chemicznym zwanym redukcją tlenu, który jest istotną częścią procesu wytwarzania wody” – powiedział Zachariah Heiden, doktorant i główny autor publikacji artykuł przyjęty do publikacji w Journal of the American Chemical Society.
Cząsteczka wody (formalnie znana jako monotlenek diwodoru) składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Ale nie można po prostu wziąć dwóch wodoru atomów i przykleić je do atomu tlenu. Rzeczywista reakcja tworzenia wody jest nieco bardziej skomplikowana: 2H2 + O2 = 2H2O + energia.
W języku angielskim równanie brzmi: Aby wyprodukować dwie cząsteczki wody ( H2O), dwie cząsteczki dwuatomowego wodoru (H2) muszą być połączone z jedną cząsteczką dwuatomowego tlenu (O2). W procesie uwolniona zostanie energia.
„Ta reakcja (2H2 + O2 = 2H2O + energia ) był znany od dwóch stuleci, ale do tej pory nikt nie sprawił, że działał w jednorodnym rozwiązaniu ”- powiedział Thomas Rauchfuss, U , I. profesora chemii i autora do korespondencji.
Dobrze znana reakcja opisuje również, co dzieje się wewnątrz wodorowego ogniwa paliwowego.
W typowym ogniwie paliwowym dwuatomowy gazowy wodór wchodzi z jednej strony ogniwa, a dwuatomowy gazowy tlen – z drugiej strony. Cząsteczki wodoru tracą elektrony i stają się dodatnio naładowane w procesie zwanym utlenianiem, podczas gdy cząsteczki tlenu zyskują cztery elektrony i stają się naładowane ujemnie w procesie zwanym redukcją. Ujemnie naładowane jony tlenu łączą się z dodatnio naładowanymi jonami wodoru, tworząc wodę i uwalniając energię elektryczną.
„Trudną stroną” ogniwa paliwowego jest reakcja redukcji tlenu, a nie reakcja utleniania wodoru, powiedział Rauchfuss. „Odkryliśmy jednak, że nowe katalizatory do redukcji tlenu mogą również prowadzić do nowych środków chemicznych do utleniania wodoru. ”
Rauchfuss i Heiden zbadali ostatnio stosunkowo nową generację katalizatorów transferowego uwodornienia do stosowania jako niekonwencjonalne wodorki metali do redukcji tlenu.
W artykule JACS naukowcy skupili się wyłącznie na reaktywności oksydacyjnej katalizatorów hydogenizacji transferowej na bazie irydu w jednorodnym, niewodnym roztworze. Odkryli, że kompleks irydu wpływa zarówno na utlenianie alkoholi, jak i na redukcję tlenu.
„Większość związków reaguje z wodorem lub tlenem, ale ten katalizator reaguje z obydwoma” – powiedział Heiden. „Reaguje z wodorem, tworząc wodorek, a następnie reaguje z tlenem, tworząc wodę; i robi to w jednorodnym, niewodnym rozpuszczalniku ”.
Nowe katalizatory mogą ostatecznie doprowadzić do opracowania bardziej wydajnych wodorowych ogniw paliwowych, znacznie obniżając ich koszt, powiedział Heiden.