En ny tilgang til at forbedre katalysatorerne for hydrogenudviklingsreaktion

Et internationalt samarbejde mellem forskere i Spanien og Skotland har resulteret i en ny tilgang til at forbedre de nødvendige katalysatorer til at udføre hydrogenudviklingsreaktionen (HER). Reaktionen, hvor vand omdannes til brint og ilt, er et lovende alternativ til menneskehedens afhængighed af fossile brændstoffer for at opfylde energikravene.

Resultaterne, udgivet i Naturkommunikation , demonstrere, at molekylære HER-katalysatorer kan arbejde på en effektiv måde og samtidig fremhæve den grundlæggende betydning af at forstå de underliggende katalysator-vand-interaktioner og den fine balance mellem adskillige parametre, der påvirker udviklingen af ​​brint.

Carles Bo, gruppeleder ved Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ), er en af ​​hovedforfatterne på papiret. Han sagde:"Vi forsøger at finde billigere katalysatorer end de ædelmetalbaserede, der bruges lige nu, at gøre produktionen af ​​brint fra vand økonomisk rentabel.

"Disse resultater vil fremskynde udviklingen af ​​en brint-baseret økonomi."

Kombinationen af ​​teoretiske og eksperimentelle tilgange har gjort det muligt for forskerne at få nogle mekanistiske indsigter i hydrogenudviklingsreaktionen og at udforske, hvordan de nye katalysatorer virker.

Dr. Haralampos Miras, lektor ved University of Glasgow's School of Chemistry, sagde:"Vi er interesserede i at lave molekyler designet til at tackle udfordrende opgaver såsom udviklingen af ​​brint fra vand og forstå, hvordan disse molekyler fungerer."

MoS ₂ er et lovende materiale til elektrokatalytisk generering af brint fra vand. Imidlertid, tuning af 2D-materialet til en effektiv katalysator-vand-interaktion er ingen triviel sag. Her, forskerne har brugt MoS2 som udgangspunkt til at designe molekylære analoger, der efterligner dets katalytisk aktive steder, mens de eksponerer et stort antal af dem.

Familien af ​​molekylære katalysatorer beskrevet i papiret blev designet ved hjælp af modulære tilgange, der sikrer en effektiv interaktion mellem de katalytiske steder og vandmolekylerne - samtidig med at dyre ædelmetaller undgås. Det faktum, at de nye katalysatorers syntese udføres åbent i luften og i en simpel to-trins proces, antyder tilgangenes potentiale for skalerbarhed og dens økonomiske levedygtighed til at konkurrere med avancerede platinbaserede katalysatorer.

Resultatet af den EU-finansierede COST Action Polyoxometalate Chemistry for Molecular Nanoscience (PoCheMoN), forskerne har arbejdet sammen i flere år for at udvikle den tilgang, som afsløres i papiret.

Dr. Miras tilføjede:"Det bliver tydeligt selv for de mest skeptiske medlemmer af offentlige og politiske personer, at de udtømte fossile brændstoffer og de hidtil usete miljømæssige konsekvenser, som vi allerede oplever, kræver akutte og beslutsomme handlinger. Vores arbejde er en del af en verdensomspændende indsats mod en brintbaseret økonomi. Vi forventer, at disse resultater vil være et udgangspunkt for yderligere udforskning af molekylære katalytiske systemer og inspirere andre i et forsøg på at tackle udfordrende videnskabelige spørgsmål."