Revolucionāri katalizatori: Mainca atklāj jaunu zaļā ūdeņraža noslēpumu!

Revolucionāri katalizatori: Mainca atklāj jaunu zaļā ūdeņraža noslēpumu!

2025. gada 11. martā Maincas Johannesa Gūtenberga universitātes pētnieki panāca novatorisku progresu zaļā ūdeņraža ražošanas pētījumos. Viņi izstrādāja lētus un efektīvus ūdens sadalīšanas katalizatorus, kas izgatavoti no kobalta un volframa. Šie materiāli ir ne tikai viegli pieejami, bet arī lēti, kas būtiski palielina to pielietojamību rūpnieciskā mērogā. Visaptverošie rezultāti tika publicēti žurnālā Angewandte Chemie.

Atšķirībā no parastajiem katalītiskajiem neitralizatoriem, kas bieži cieš no veiktspējas zuduma, jaunizveidotais katalītiskais neitralizators demonstrē ievērojamu pašoptimizāciju. Tā efektivitāte laika gaitā palielinās, kas ir saistīts ar dziļām ķīmiskām izmaiņām ūdens sadalīšanas procesā. Kobalts mainās no Co2+ uz Co3+, savukārt W5+ un W6+ attiecība mainās volframā. Šī dinamika uzlabo skābekļa evolūcijas reakcijas kinētiku, kas tiek uzskatīta par procesa kritisko slieksni.

Inovatīvais ūdens sadalīšanas mehānisms

Vēl viens nozīmīgs ieguldījums ūdeņraža ražošanā ir no pētniekiem, kurus vadīja Dr. Paolo Giusto, kuri intensīvi pētīja ūdens sadalīšanas mehānismu, izmantojot oglekļa nitrīda katalizatorus. Viņi spēja noteikt detalizētu mijiedarbību starp oglekļa nitrīdu un ūdeni, jo īpaši protonu un elektronu pārnesi gaismas ietekmē. Ir pierādīts, ka oglekļa nitrīds ir efektīvs katalizators, kas nodrošina ūdeņraža ražošanu, izmantojot mākslīgo fotosintēzi.

Rezultāti liecina, ka oglekļa nitrīds spēj sadalīt ūdeni tā sastāvdaļās – skābeklī un ūdeņradi. Šis process ir ļoti svarīgs, lai veicinātu efektīvāku katalizatora materiālu ražošanu ūdeņraža ražošanai no saules gaismas. Katalizators absorbē gaismu un izmanto savu enerģiju, lai destabilizētu ūdens molekulas, tādējādi izraisot ar protonu saistītu elektronu pārnesi, kas vājina ūdens ķīmiskās saites.

Ilgtspējīgu enerģijas risinājumu perspektīvas

Abu pētniecības projektu attīstībai ir tālejoša ietekme uz turpmāko enerģijas ražošanu. No kobalta un volframa izgatavotā katalizatora pašoptimizācija varētu palīdzēt palielināt zaļā ūdeņraža ražošanas efektivitāti ilgtermiņā. Tajā pašā laikā atklājumi par oglekļa nitrīda un ūdens molekulu dinamiku nodrošina dziļāku izpratni par ilgtspējīgu enerģijas risinājumu veidošanos.

Ir vērts pieminēt arī pētniecības projektu finansējumu: Dandan Gao tiek atbalstīts kā daļa no DFG Valtera Bendžamina programmas, kas ļauj zinātniekiem kvalifikācijas fāzē pēc doktora grāda iegūšanas veikt savus pētniecības projektus. Projekts saņem atbalstu arī no Karla Zeisa fonda, Aleksandra fon Humbolta fonda un JGU profila jomas SusInnoScience.

Kopumā šo katalizatoru izpēte tuvina ilgtspējīgu ūdeņraža ražošanu un varētu dot izšķirošu ieguldījumu atkarības mazināšanā no fosilā kurināmā. Nākotnes attīstība ūdeņraža tehnoloģijā joprojām ir viena no aizraujošākajām lietišķās ķīmijas jomām.