Производство водорода с меньшими затратами энергии

То, как соединение, вдохновленное природой, производит водород, впервые подробно описано международной исследовательской группой из Университета Йены, Германия, и Университета Милан-Бикокка, Италия.

Эти результаты являются основой для энергоэффективного производства водорода как устойчивого источника энергии.

Природа как модель

В природе существуют микроорганизмы, которые производят водород с помощью специальных ферментов, называемых гидрогеназами. "Особенностью гидрогеназ является то, что они производят водород каталитически. В отличие от электролиза, который обычно проводится в промышленных масштабах с использованием дорогостоящего платинового катализатора, микроорганизмы используют металлоорганические соединения железа", - объясняет профессор Вольфганг Вайганд из Института неорганической и аналитической химии Йенского университета в Германии. "В качестве источника энергии водород, естественно, представляет большой интерес. Поэтому мы хотим понять, как именно происходит этот каталитический процесс", - добавляет он.

В прошлом во всем мире уже было получено множество соединений, которые химически смоделированы на основе встречающихся в природе гидрогеназ. В сотрудничестве с Миланским университетом Вайганд и его команда в Йене создали соединение, которое позволило совершенно по-новому взглянуть на процесс катализа.

"Как и в природе, наша модель основана на молекуле, содержащей два атома железа. Однако, по сравнению с природной формой, мы изменили химическое окружение железа особым образом. Точнее, амин был заменен на оксид фосфина с аналогичными химическими свойствами. Таким образом, мы ввели в игру элемент фосфор".

Это позволило Вайганду и его команде лучше понять процесс образования водорода. Вода состоит из положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных гидроксид-ионов.

"Нашей целью было понять, как эти протоны образуют водород. Однако донором протонов в наших экспериментах была не вода, а кислота", - говорит Вайганд. "Мы наблюдали, как протон кислоты передается оксиду фосфина нашего соединения, после чего происходит высвобождение протона на один из атомов железа. Аналогичный процесс наблюдается и в природном варианте молекулы", - добавляет он. Чтобы уравновесить положительный заряд протона и в конечном итоге получить водород, отрицательно заряженные электроны были введены в виде электрического тока. С помощью циклической вольтамперометрии и программного обеспечения для моделирования, разработанного в Йенском университете, были изучены отдельные этапы, на которых эти протоны в конечном итоге восстанавливались до свободного водорода.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

"Во время эксперимента мы могли наблюдать, как газообразный водород поднимается из раствора в виде маленьких пузырьков", - отмечает Вайганд. "Экспериментальные данные циклической вольтамперометрии и результаты моделирования были использованы исследовательской группой в Милане для квантово-химических расчетов", - добавляет Вайганд. "Это позволило нам предложить правдоподобный механизм химического протекания всей реакции для получения водорода - и это для каждого отдельного этапа реакции. Этого еще никогда не удавалось сделать с такой точностью". Группа опубликовала результаты и предложенный путь реакции в известном журнале "ACS Catalysis".

Основываясь на этих результатах, Вайганд и его команда теперь хотят разработать новые соединения, которые смогут не только производить водород энергоэффективным способом, но и использовать для этого устойчивые источники энергии.

Целью совместного исследовательского центра Transregio 234 "CataLight", частью которого является данное исследование, является производство водорода путем расщепления воды с использованием солнечного света", - объясняет Вайганд. "Используя знания, полученные в ходе нашего исследования, мы сейчас работаем над разработкой и исследованием новых катализаторов на основе гидрогеназ, которые в конечном итоге активируются с помощью световой энергии". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet