Kemikere tester en ny nanokatalysator til at opnå brint

En kemiker fra RUDN var den første til at bruge katalysatorer med ruthenium-nanopartikler til at opnå brint under påvirkning af synligt lys og UV-stråling. I fremtiden, sådanne katalysatorer kan anvendes til storstilet produktion af brintbrændstof under påvirkning af sollys. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Anvendt katalyse B:Miljømæssig .

Fotokemiske reaktioner er blandt de mest miljøvenlige måder at producere "grønt brændstof på". Opvarmning af råvarerne bruger ikke meget energi eller kræver høje trykniveauer. Opretholdelse af reaktionshastigheden kræver kun lys og fotokatalysatorer. Fotokatalysatorer baseret på platin, guld og palladium er yderst effektive i sådanne fotokemiske reaktioner som hydrogenekstraktion fra biomassederivater såsom alkoholer. Imidlertid, disse metaller er dyre, og videnskabsmænd søger billigere fotokatalysatorer.

Sammen med deres spanske kolleger, RUDN-kemikere studerede den fotokatalytiske aktivitet af titaniumdioxid beriget med rutheniumpartikler. Det var første gang, de blev brugt til at få brint. Kemikerne overvågede indflydelsen af ​​en titaniumdioxid-baseret ruthenium nanokatalysator på emissionen af ​​brint fra en methanol-vand-blanding. Holdet studerede fire katalysatorer (med 1 pct. 2 procent, 3 procent, og 5 procent rutheniumindhold), og hver af dem blev testet i to typer reaktioner - i nærværelse af synligt lys og UV-stråling.

Tidligere, systemer af titaniumdioxid og ruthenium blev sjældent brugt. Derfor, det var vigtigt at karakterisere deres sammensætning og optiske egenskaber, herunder kvanteeffektivitet. Dette angiver lysfølsomheden af ​​et materiale og beregnes som forholdet mellem det samlede antal fotoner, der forårsager dannelsen af ​​frie elektroner i et materiale, og det samlede antal absorberede fotoner. Dette er den vigtigste parameter, der bruges til at sammenligne den fotokatalytiske aktivitet af stoffer.

Eksperimenter har vist, at aktiviteten af ​​rutheniumholdige fotokatalysatorer under UV-stråling er sammenlignelig med platin- og palladiumanaloger. Kvanteeffektiviteten af ​​platin- eller palladiumbaserede forbindelser beregnet på grundlag af andre undersøgelser udgør fra 1,9 procent til 5,1 procent, og resultaterne af ruthenium-fotokatalysatorer forbliver inden for dette interval. Den bedste værdi (3,1 procent) blev beregnet for systemet med 3 procent rutheniumindhold. I betragtning af hvor billigt ruthenium katalysatorer er, de er lovende til industriel brug. Aktiviteten af ​​rutheniumkatalysatorer under synligt lys var ret lav - kvanteeffektiviteten oversteg ikke 0,6 procent, men forfatterne forventer, at den vil stige under sollys op til 1,1 procent. Forskerne er allerede begyndt at verificere denne hypotese.

"Vores katalysatorer baseret på titaniumdioxid og ruthenium så ud til at være universelle systemer og hjalp os med at opnå brint i tilstrækkelige mængder både under påvirkning af UV-lys og synligt lys, " forklarer Raphael Luke, direktør for Center for Molekylært Design og Syntese af Innovative Forbindelser til Medicin, og gæsteforsker ved RUDN. "Efter at have modelleret reaktionen mellem lys og stof og beregnet kvanteeffektiviteten af ​​alle vores prøver, vi forstod, at nøglerollen i katalysatorens aktivitet blev spillet af interreaktionen mellem ruthenium og titaniumdioxidpartikler, især ved koncentrationen af ​​rutheniumpartikler og muligvis dets forbindelser med oxygen på materialets overflade. Den nøjagtige mekanisme bag dette fænomen er endnu ikke opdaget. Vi fortsætter vores undersøgelser og eksperimenterer i øjeblikket med at skaffe brint under sollys i Spanien og Rusland."