Vallankumoukselliset katalyytit: Mainz löytää uuden vihreän vedyn salaisuuden!

Vallankumoukselliset katalyytit: Mainz löytää uuden vihreän vedyn salaisuuden!

Mainzin Johannes Gutenbergin yliopiston tutkijat edistyivät 11. maaliskuuta 2025 uraauurtavaa edistystä vihreän vedyn tuotannon tutkimuksessa. He kehittivät edullisia ja tehokkaita koboltista ja volframista valmistettuja vedenjakajakatalyyttejä. Nämä materiaalit eivät ole vain helposti saatavilla, vaan myös edullisia, mikä lisää merkittävästi niiden käytettävyyttä teollisessa mittakaavassa. Kattavat tulokset julkaistiin Angewandte Chemie -lehdessä.

Toisin kuin perinteiset katalysaattorit, jotka kärsivät usein suorituskyvyn heikkenemisestä, äskettäin kehitetty katalysaattori osoittaa huomattavaa itseoptimointia. Sen tehokkuus kasvaa ajan myötä, mikä johtuu syvällisistä kemiallisista muutoksista veden halkeamisprosessin aikana. Koboltti muuttuu Co2+:sta Co3+:ksi, kun taas W5+:n ja W6+:n suhde muuttuu volframissa. Tämä dynamiikka parantaa hapen kehittymisen reaktiokinetiikkaa, jota pidetään prosessin kriittisenä kynnyksenä.

Innovatiivinen vedenjakomekanismi

Toinen merkittävä panos vedyn tuotantoon tulee tohtori Paolo Giuston johtamilla tutkijoilla, jotka tutkivat intensiivisesti veden halkeamismekanismia hiilinitridikatalyyttien avulla. He pystyivät määrittämään yksityiskohtaisia ​​vuorovaikutuksia hiilinitridin ja veden välillä, erityisesti protonien ja elektronien siirtymistä valon vaikutuksesta. Hiilinitridin on osoitettu olevan tehokas katalyytti, joka mahdollistaa vedyn tuotannon keinotekoisen fotosynteesin avulla.

Löydökset osoittavat, että hiilinitridi pystyy hajottamaan veden hapeksi ja vedyksi. Tämä prosessi on ratkaisevan tärkeä tehokkaampien katalyyttimateriaalien tuotannon edistämiseksi vedyn tuotantoon auringonvalosta. Katalyytti absorboi valoa ja käyttää sen energiaa vesimolekyylien epävakauttamiseen, mikä aiheuttaa protonikytketyn elektroninsiirron, joka heikentää veden kemiallisia sidoksia.

Näkökulmia kestäviin energiaratkaisuihin

Molempien tutkimusprojektien kehityksellä on kauaskantoisia vaikutuksia tulevaisuuden energiantuotantoon. Koboltista ja volframista valmistetun katalyytin itseoptimointi voisi auttaa lisäämään vihreän vedyn tuotannon tehokkuutta pitkällä aikavälillä. Samalla hiilinitridin ja vesimolekyylien dynamiikasta saadut havainnot antavat syvemmän pohjan ymmärrykseen kestävien energiaratkaisujen muodostumiselle.

Myös tutkimushankkeiden rahoitus on huomionarvoista: Dandan Gaoa tuetaan osana DFG:n Walter Benjamin -ohjelmaa, joka mahdollistaa tohtorintutkinnon jälkeen pätevöitysvaiheessa olevien tutkijoiden toteuttaa omia tutkimusprojektejaan. Hanke saa tukea myös Carl Zeiss -säätiöltä, Alexander von Humboldt -säätiöltä ja JGU:n profiilialueelta SusInnoScience.

Kaiken kaikkiaan näiden katalyyttien tutkimus tuo kestävää vedyn tuotantoa lähemmäksi ja voi auttaa ratkaisevasti vähentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista. Vetyteknologian tuleva kehitys on edelleen yksi soveltavan kemian jännittävimmistä alueista.