Em uma demonstração familiar de química no colégio, um instrutor primeiro usa eletricidade para dividir a água líquida em seus gases constituintes, hidrogênio e oxigênio. Então, combinando os dois gases e acendendo-os com uma faísca, o instrutor transforma os gases de volta em água com um estalo alto.
Cientistas em a Universidade de Illinois descobriu uma nova maneira de produzir água, e sem estourar. Eles não apenas podem produzir água a partir de materiais iniciais improváveis, como álcoois, mas também podem levar a melhores catalisadores e células de combustível mais baratas.
“Descobrimos que hidretos metálicos não convencionais podem ser usados para um processo químico chamado redução de oxigênio, que é uma parte essencial do processo de produção de água”, disse Zachariah Heiden, estudante de doutorado e autor principal de um artigo aceito para publicação no Journal of the American Chemical Society.
Uma molécula de água (formalmente conhecida como monóxido de dihidrogênio) é composta de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Mas você não pode simplesmente pegar dois hidrogênio átomos e colá-los em um átomo de oxigênio. A reação real para fazer água é um pouco mais complicada: 2H2 + O2 = 2H2O + Energia.
Em inglês, a equação diz: Para produzir duas moléculas de água ( H2O), duas moléculas de hidrogênio diatômico (H2) devem ser combinadas com uma molécula de oxigênio diatômico (O2). Energia será liberada no processo.
“Esta reação (2H2 + O2 = 2H2O + Energia ) é conhecido há dois séculos, mas até agora ninguém o fez funcionar em uma solução homogênea ”, disse Thomas Rauchfuss, um U . de I. professor de química e autor correspondente do artigo.
A reação bem conhecida também descreve o que acontece dentro de uma célula a combustível de hidrogênio.
Em uma célula de combustível típica, o gás hidrogênio diatômico entra em um lado da célula, o gás oxigênio diatômico entra no outro lado. As moléculas de hidrogênio perdem seus elétrons e tornam-se carregadas positivamente por meio de um processo denominado oxidação, enquanto as moléculas de oxigênio ganham quatro elétrons e tornam-se carregadas negativamente por meio de um processo denominado redução. Os íons de oxigênio carregados negativamente combinam-se com os íons de hidrogênio carregados positivamente para formar água e liberar energia elétrica.
O “lado difícil” da célula de combustível é a reação de redução do oxigênio, não a reação de oxidação do hidrogênio, disse Rauchfuss. “Descobrimos, no entanto, que novos catalisadores para a redução do oxigênio também podem levar a novos meios químicos para oxidação de hidrogênio. ”
Rauchfuss e Heiden investigaram recentemente uma geração relativamente nova de catalisadores de hidrogenação de transferência para uso como hidretos de metal não convencionais para redução de oxigênio.
Em seu artigo JACS, os pesquisadores se concentram exclusivamente na reatividade oxidativa dos catalisadores de hidogenação de transferência à base de irídio em uma solução homogênea não aquosa. Eles descobriram que os efeitos do complexo de irídio tanto na oxidação dos álcoois quanto na redução do oxigênio.
“A maioria dos compostos reage com hidrogênio ou oxigênio, mas este catalisador reage com ambos”, disse Heiden. “Ele reage com o hidrogênio para formar um hidreto e, em seguida, reage com o oxigênio para formar água; e faz isso em um solvente homogêneo e não aquoso. ”
Os novos catalisadores podem levar ao desenvolvimento de células de combustível de hidrogênio mais eficientes, reduzindo substancialmente seus custos, disse Heiden.