În cadrul unei demonstrații familiare de chimie a liceului, un instructor folosește mai întâi electricitatea pentru a împărți apa lichidă în gazele sale constitutive, hidrogen și oxigen. Apoi, combinând cele două gaze și aprinzându-le cu o scânteie, instructorul schimbă gazele din nou în apă cu un glas puternic.
Oamenii de știință de la Universitatea din Illinois a descoperit o nouă modalitate de a face apă și fără pop. Nu numai că pot produce apă din materii prime improbabile, cum ar fi alcoolii, dar și munca lor ar putea duce la catalizatori mai buni și la celule de combustibil mai puțin costisitoare.
„Am constatat că hidrurile metalice neconvenționale pot fi utilizate pentru un proces chimic numit reducerea oxigenului, care este o parte esențială a procesului de producere a apei”, a spus Zachariah Heiden, doctorand și autor principal al unui lucrare acceptată pentru publicare în Journal of American Chemical Society.
O moleculă de apă (cunoscută formal sub numele de monoxid de dihidrogen) este compusă din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Dar nu puteți lua pur și simplu doi hidrogen reacții reale pentru a face apa este puțin mai complicată: 2H2 + O2 = 2H2O + Energie.
În engleză, ecuația spune: Pentru a produce două molecule de apă ( H2O), două molecule de hidrogen diatomic (H2) trebuie combinate cu o moleculă de oxigen diatomic (O2). Energia va fi eliberată în acest proces.
„Această reacție (2H2 + O2 = 2H2O + Energie ) este cunoscut de două secole, dar până acum nimeni nu a făcut-o să funcționeze într-o soluție omogenă ”, a spus Thomas Rauchfuss, un U . de I. profesor de chimie și autorul corespunzător al lucrării.
Reacția bine-cunoscută descrie, de asemenea, ce se întâmplă în interiorul unei celule de combustibil cu hidrogen.
Într-o celulă tipică de combustibil, hidrogenul gaz diatomic intră pe o parte a celulei, iar gazul diatomic oxigen intră pe cealaltă parte. Moleculele de hidrogen își pierd electronii și devin încărcate pozitiv printr-un proces numit oxidare, în timp ce moleculele de oxigen câștigă patru electroni și devin încărcate negativ printr-un proces numit reducere. Ionii de oxigen încărcați negativ se combină cu ioni de hidrogen încărcați pozitiv pentru a forma apă și a elibera energie electrică.
„Partea dificilă” a celulei de combustibil este reacția de reducere a oxigenului, nu reacția de oxidare a hidrogenului, a spus Rauchfuss. „Am constatat, totuși, că noii catalizatori pentru reducerea oxigenului ar putea duce și la noi mijloace chimice. pentru oxidarea hidrogenului. ”
Rauchfuss și Heiden au investigat recent o generație relativ nouă de catalizatori de hidrogenare de transfer pentru utilizare ca hidruri metalice neconvenționale pentru reducerea oxigenului.
În lucrarea lor JACS, cercetătorii se concentrează exclusiv pe reactivitatea oxidativă a catalizatorilor de hidrogenare a transferului pe bază de iridiu într-o soluție omogenă, neapoasă. Au descoperit că efectul complexului de iridiu este atât oxidarea alcoolilor, cât și reducerea oxigenului.
„Majoritatea compușilor reacționează fie cu hidrogen, fie cu oxigen, dar acest catalizator reacționează cu ambii”, a spus Heiden. „Reacționează cu hidrogenul pentru a forma o hidrură și apoi reacționează cu oxigenul pentru a produce apă; și face acest lucru într-un solvent omogen, neapos. ”
Noii catalizatori ar putea conduce la dezvoltarea eventuală a celulelor de combustibil cu hidrogen mai eficiente, scăzând substanțial costurile acestora, a spus Heiden.