Revolutsioonilised katalüsaatorid: Mainz avastab rohelise vesiniku uue saladuse!

Revolutsioonilised katalüsaatorid: Mainz avastab rohelise vesiniku uue saladuse!

11. märtsil 2025 tegid Mainzi Johannes Gutenbergi ülikooli teadlased murrangulisi edusamme rohelise vesiniku tootmise uurimisel. Nad töötasid välja odavad ja tõhusad koobaltist ja volframist vett lõhustavad katalüsaatorid. Need materjalid pole mitte ainult kergesti ligipääsetavad, vaid ka odavad, mis suurendab oluliselt nende rakendatavust tööstuslikus mastaabis. Põhjalikud tulemused avaldati ajakirjas Angewandte Chemie.

Vastupidiselt tavalistele katalüüsmuunduritele, mis sageli kannatavad jõudluse languse all, näitab äsja väljatöötatud katalüüsmuundur märkimisväärset eneseoptimeerimist. Selle tõhusus suureneb aja jooksul, mis on tingitud sügavatest keemilistest muutustest vee jagamise protsessis. Koobalt muutub Co2+-lt Co3+-ks, samal ajal kui W5+ ja W6+ suhe muutub volframis. See dünaamika parandab hapniku eraldumise reaktsioonikineetikat, mida peetakse protsessi kriitiliseks läveks.

Uuenduslik vee jagamise mehhanism

Veel üks oluline panus vesiniku tootmisesse tuleb teadlastelt eesotsas dr Paolo Giustoga, kes uurisid intensiivselt vee lõhenemise mehhanismi süsiniknitriidkatalüsaatorite abil. Nad suutsid kindlaks määrata süsiniknitriidi ja vee vahelise üksikasjaliku koostoime, eriti prootonite ja elektronide ülekandmise valguse mõjul. Süsiniknitriid on osutunud tõhusaks katalüsaatoriks, mis võimaldab kunstliku fotosünteesi teel vesinikku toota.

Leiud näitavad, et süsiniknitriid on võimeline lagundama vee selle komponentideks hapnikuks ja vesinikuks. See protsess on ülioluline, et edendada tõhusamate katalüsaatormaterjalide tootmist vesiniku tootmiseks päikesevalgusest. Katalüsaator neelab valgust ja kasutab selle energiat veemolekulide destabiliseerimiseks, põhjustades seeläbi prootoniga seotud elektronide ülekande, mis nõrgendab vee keemilisi sidemeid.

Säästvate energialahenduste perspektiivid

Mõlema uurimisprojekti arengul on kaugeleulatuvad tagajärjed tulevasele energiatootmisele. Koobaltist ja volframist valmistatud katalüsaatori iseoptimeerimine võib aidata pikemas perspektiivis suurendada rohelise vesiniku tootmise efektiivsust. Samas annavad leiud süsiniknitriidi ja vee molekulide dünaamika kohta sügavama aluse mõistmiseks säästvate energialahenduste kujunemiseks.

Märkimist väärib ka teadusprojektide rahastamine: Dandan Gaot toetatakse DFG Walter Benjamini programmi raames, mis võimaldab doktorikraadi järel kvalifitseerimise faasis teadlastel oma uurimisprojekte läbi viia. Projekti toetavad ka Carl Zeissi fond, Alexander von Humboldti fond ja JGU profiiliala SusInnoScience.

Üldiselt toovad nende katalüsaatorite uuringud säästva vesiniku tootmise lähemale ja võivad anda otsustava panuse sõltuvuse vähendamisele fossiilkütustest. Vesinikutehnoloogia edasised arengud jäävad rakenduskeemia üheks põnevamaks valdkonnaks.