Natura a reprezentat un model pentru o echipă internațională de cercetare de la Universitatea din Jena, Germania și Universitatea din Milano-Bicocca, Italia.
Cercetătorii au descris modul în care un compus inspirat din natura înconjurătoare produce hidrogen.
Aceste descoperiri stau la baza producției eficiente din punct de vedere energetic a hidrogenului, ca sursă de energie durabilă, precizează Science Daily.
Există microorganisme naturale care produc hidrogen, folosind enzime speciale numite hidrogenaze
”Ceea ce este special la hidrogenaze este că generează hidrogen catalitic. Spre deosebire de electroliză, care se realizează de obicei industrial folosind un catalizator scump, de platină, microorganismele folosesc compuși de fier organometalici”, explică prof. Wolfgang Weigand de la Institutul de chimie anorganică și analitică de la Universitatea din Jena din Germania.
În trecut, numeroși compuși au fost deja produși la nivel mondial. Aceștia sunt modelați, în mod chimic, pe hidrogenazele naturale. În cooperare cu universitatea din Milano, Weigand și echipa sa au produs acum un compus. Compusul a oferit perspective complet noi asupra procesului de catalizare.
”La fel ca în natură, modelul nostru se bazează pe o moleculă care conține doi atomi de fier. În comparație cu forma naturală, totuși, am schimbat mediul chimic al fierului, într-un mod specific. Practic, o amină a fost înlocuită cu o fosfină. Prin urmare, am adus în joc elementul fosfor”, a precizat cercetătorul.
Natura, într-o prezentare detaliată a producției de hidrogen electrocatalitic
Acest lucru i-a permis lui Weigand și echipei sale să înțeleagă mai bine procesul de formare a hidrogenului. Apa este compusă din protoni încărcați pozitiv și ioni hidroxid încărcați negativ.
”Scopul nostru a fost să înțelegem cum acești protoni formează hidrogen. Cu toate acestea, donatorul de protoni din experimentele noastre nu a fost apă, ci un acid. Am observat că protonul acidului este transferat la oxidul de fosfină al compusului nostru urmat de o eliberare de protoni la unul dintre atomii de fier. Un proces similar s-ar găsi și în varianta naturală a moleculei” a adăugat Weigand.
Pentru a echilibra sarcina pozitivă a protonului și pentru a produce în cele din urmă hidrogen, electronii încărcați negativ au fost introduși sub formă de curent electric. Cu ajutorul voltammetriei ciclice și a software-ului de simulare dezvoltat la Universitatea din Jena, au fost examinați pașii individuali în care acești protoni au fost în cele din urmă reduși la hidrogen liber.
”În timpul experimentului, am putut vedea de fapt cum hidrogenul gazos a crescut din soluție în bule mici. Datele experimentale de măsurare din voltametria ciclică și rezultatele simulării au fost apoi utilizate de echipa de cercetare din Milano. au fost efectuate calcule chimice cuantice. Acest lucru ne-a permis să propunem un mecanism plauzibil pentru modul în care întreaga reacție se desfășoară chimic.” notează Weigand.
Grupul a publicat rezultatele și calea de reacție propusă în revista ACS Catalysis.
Scopul: hidrogenul prin energia solară
Bazându-se pe aceste constatări, Weigand și echipa sa vor acum să dezvolte noi compuși care nu numai că pot produce hidrogen într-un mod eficient din punct de vedere energetic, dar pot folosi și surse de energie durabile pentru a face acest lucru.
”Scopul este producția de hidrogen prin împărțirea apei cu ajutorul luminii solare. Cu ajutorul cunoștințelor acumulate în urma cercetărilor, lucrăm acum la proiectarea și investigarea de noi catalizatori pe bază de hidrogenaze, care sunt în cele din urmă activate cu ajutorul energiei luminoase”, au explicat cercetătorii.
