Ny indsigt bringer bæredygtig brint et skridt nærmere

Leiden-kemikerne Marc Koper og Ian McCrum har opdaget, at graden, hvormed et metal binder sig til iltatomet i vand, er afgørende for, hvor godt den kemiske omdannelse af vand til molekylært brint foregår. Denne indsigt hjælper med at udvikle bedre katalysatorer til produktion af bæredygtig brint, et vigtigt råstof til den kemiske industri og det brændstof, der skal til for miljøvenlige brintbiler. Udgivelse i Naturenergi .

I årevis har der været en heftig debat i litteraturen:hvordan kan man fremskynde den elektrokemiske produktion af brint på platinelektroder i et alkalisk miljø? Kemiker Ian McCrum så med fra sidelinjen og konkluderede, at en del af debatten var forårsaget af, at debattørerne så på lidt forskellige elektroder, gør resultaterne uforlignelige. Tid til at ændre det, McCrum tænkte, som var en LEaDing Fellow postdoc i gruppen af ​​professor Marc Koper på det tidspunkt.

Platin krystal

McCrum, som nu arbejder i Amerika, brugt en speciel platinkrystal. For at forstå, hvad der er så specielt ved denne krystal, vi skal zoome ind på overfladen af ​​platin. Dette er ikke fladt og glat, men uregelmæssig med små skridt og knæk. Og det er netop ved disse uregelmæssigheder, at kemiske reaktioner finder sted. McCrum designede den specielle krystal på en sådan måde, at overfladen har det samme antal af disse uregelmæssigheder i hele krystallen. Han dekorerede derefter kanterne med forskellige metaller, såsom ruthenium og molybdæn. På denne måde han sikrede, at alle elektroderne havde nøjagtig den samme atomare struktur, men hver gang med et andet metal i kanterne. Dette gjorde det muligt for ham at variere interaktionen mellem elektroden og iltatomet i vand på en systematisk og veldefineret måde.

Så begyndte målingerne, med et overraskende resultat. Marc Koper siger, "Vores gennembrud er, at der ser ud til at være en klar sammenhæng mellem elektrodens aktivitet til fremstilling af brint og graden, hvormed metallet i kanten binder sig til vandets oxygenatom." Sidstnævnte er også kendt som oxofilicitet, med oxofil bogstavelig talt betydning ilt-elskende. "Vi har endda fundet et optimum for denne oxofilisitet, " siger Koper. "Vi har nu endeligt fastslået, at overfladens oxofilicitet spiller en meget vigtig rolle i elektrolyse." Forskerne udviklede også en model til at forklare eksistensen af ​​dette optimum.

På vej mod bæredygtig brint

Resultaterne er et stort skridt fremad i den videnskabelige debat. Koper siger, "Denne nye viden er vigtig inden for vores felt. Fordi vi har fundet et optimum inden for oxofilicitet, vi kan se mere specifikt efter bedre katalysatorer til bæredygtig produktion af brint."