Forradalmi katalizátorok: Mainz új titkot fedez fel a zöld hidrogén számára!

Forradalmi katalizátorok: Mainz új titkot fedez fel a zöld hidrogén számára!

2025. március 11-én a mainzi Johannes Gutenberg Egyetem kutatói úttörő eredményeket értek el a zöld hidrogén-termelés kutatásában. Olcsó és hatékony vízhasító katalizátorokat fejlesztettek ki kobaltból és volfrámból. Ezek az anyagok nemcsak könnyen hozzáférhetőek, de olcsók is, ami jelentősen megnöveli ipari méretekben való alkalmazhatóságukat. Az átfogó eredményeket az Angewandte Chemie folyóiratban tették közzé.

A hagyományos katalizátorokkal ellentétben, amelyek gyakran szenvednek teljesítménycsökkenéstől, az új fejlesztésű katalizátor figyelemre méltó önoptimalizálást mutat. Hatékonysága idővel növekszik, ami a vízhasadási folyamat során bekövetkező mélyreható kémiai változásoknak köszönhető. A kobalt Co2+-ról Co3+-ra változik, míg a W5+ és W6+ aránya a wolframban változik. Ezek a dinamikák javítják az oxigénfejlődés reakciókinetikáját, amely kritikus küszöbértéknek számít a folyamatban.

A vízhasítás innovatív mechanizmusa

Egy másik jelentős hozzájárulás a hidrogéntermeléshez Dr. Paolo Giusto által vezetett kutatóktól származik, akik intenzíven vizsgálták a vízfelhasadás mechanizmusát szén-nitrid katalizátorok segítségével. Meg tudták határozni a szén-nitrid és a víz közötti kölcsönhatásokat, különösen a protonok és elektronok fény hatására történő átvitelét. A szén-nitridről kimutatták, hogy hatékony katalizátor, amely lehetővé teszi a hidrogén előállítását mesterséges fotoszintézis útján.

Az eredmények azt mutatják, hogy a szén-nitrid képes a vizet oxigénre és hidrogénre bontani. Ez a folyamat döntő fontosságú a hatékonyabb katalizátoranyagok előállításának előmozdításához a napfényből származó hidrogén előállításához. A katalizátor elnyeli a fényt és energiáját a vízmolekulák destabilizálására használja fel, ezáltal protonkapcsolt elektrontranszfert idéz elő, ami gyengíti a víz kémiai kötéseit.

A fenntartható energetikai megoldások perspektívái

Mindkét kutatási projekt fejlesztései messzemenő kihatással vannak a jövőbeli energiatermelésre. A kobaltból és volfrámból készült katalizátor önoptimalizálása hosszú távon hozzájárulhat a zöld hidrogén előállításának hatékonyságának növeléséhez. A szén-nitrid és vízmolekulák dinamikájára vonatkozó megállapítások ugyanakkor mélyebb megértési alapot adnak a fenntartható energetikai megoldások kialakításához.

Érdemes megemlíteni a kutatási projektek finanszírozását is: Dandan Gao a DFG Walter Benjamin programjának részeként kap támogatást, amely lehetővé teszi a doktori fokozat megszerzését követő minősítési szakaszban lévő tudósok számára, hogy saját kutatási projekteket hajtsanak végre. A projektet a Carl Zeiss Alapítvány, az Alexander von Humboldt Alapítvány és a JGU profilterület, a SusInnoScience is támogatja.

Összességében az ilyen katalizátorok kutatása közelebb hozza a fenntartható hidrogéntermelést, és döntő mértékben hozzájárulhat a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőség csökkentéséhez. A hidrogéntechnológia jövőbeli fejlesztései továbbra is az alkalmazott kémia egyik legizgalmasabb területe marad.