Revoluční katalyzátory: Mainz objevuje nové tajemství zeleného vodíku!

Revoluční katalyzátory: Mainz objevuje nové tajemství zeleného vodíku!

11. března 2025 učinili vědci z Johannes Gutenberg University Mainz převratný pokrok ve výzkumu výroby zeleného vodíku. Vyvinuli levné a účinné katalyzátory na štěpení vody vyrobené z kobaltu a wolframu. Tyto materiály jsou nejen snadno dostupné, ale také levné, což výrazně zvyšuje jejich použitelnost v průmyslovém měřítku. Komplexní výsledky byly publikovány v časopise Angewandte Chemie.

Na rozdíl od konvenčních katalyzátorů, které často trpí ztrátou výkonu, vykazuje nově vyvinutý katalyzátor pozoruhodnou vlastní optimalizaci. Jeho účinnost se postupem času zvyšuje, což je způsobeno hlubokými chemickými změnami během procesu štěpení vody. Kobalt se mění z Co2+ na Co3+, zatímco poměr W5+ k W6+ se mění u wolframu. Tato dynamika zlepšuje reakční kinetiku vývoje kyslíku, což je považováno za kritický práh v procesu.

Inovativní mechanismus štěpení vody

Další významný příspěvek k výrobě vodíku pochází od výzkumníků vedených Dr. Paolem Giustem, kteří intenzivně zkoumali mechanismus štěpení vody pomocí katalyzátorů na bázi nitridu uhlíku. Byli schopni podrobně určit interakce mezi nitridem uhlíku a vodou, zejména přenos protonů a elektronů pod vlivem světla. Ukázalo se, že nitrid uhlíku je účinným katalyzátorem umožňujícím produkci vodíku umělou fotosyntézou.

Zjištění ukazují, že nitrid uhlíku je schopen rozložit vodu na její složky kyslík a vodík. Tento proces je zásadní pro pokrok ve výrobě účinnějších katalyzátorových materiálů pro výrobu vodíku ze slunečního záření. Katalyzátor absorbuje světlo a využívá jeho energii k destabilizaci molekul vody, čímž způsobuje přenos elektronů spojený s protony, který oslabuje chemické vazby vody.

Perspektivy udržitelných energetických řešení

Vývoj v obou výzkumných projektech má dalekosáhlé důsledky pro budoucí výrobu energie. Samooptimalizace katalyzátoru vyrobeného z kobaltu a wolframu by mohla pomoci zvýšit efektivitu výroby zeleného vodíku v dlouhodobém horizontu. Zároveň poznatky o dynamice nitridu uhlíku a molekul vody poskytují hlubší základ pro pochopení pro vytváření udržitelných energetických řešení.

Za zmínku stojí i financování výzkumných projektů: Dandan Gao je podporován v rámci programu Walter Benjamin DFG, který umožňuje vědcům v kvalifikační fázi po doktorátu realizovat vlastní výzkumné projekty. Projekt také získává podporu od Carl Zeiss Foundation, Alexander von Humboldt Foundation a JGU profilové oblasti SusInnoScience.

Celkově výzkum těchto katalyzátorů přibližuje udržitelnou výrobu vodíku a mohl by rozhodujícím způsobem přispět ke snížení závislosti na fosilních palivech. Budoucí vývoj vodíkové technologie zůstává jednou z nejzajímavějších oblastí aplikované chemie.