Rewolucyjne katalizatory: Moguncja odkrywa nowy sekret zielonego wodoru!

Rewolucyjne katalizatory: Moguncja odkrywa nowy sekret zielonego wodoru!

11 marca 2025 r. naukowcy z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji dokonali przełomowego postępu w badaniach nad produkcją zielonego wodoru. Opracowali niedrogie i wydajne katalizatory rozszczepiania wody wykonane z kobaltu i wolframu. Materiały te są nie tylko łatwo dostępne, ale także niedrogie, co znacznie zwiększa ich zastosowanie na skalę przemysłową. Kompleksowe wyniki opublikowano w czasopiśmie Angewandte Chemie.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych katalizatorów, które często tracą wydajność, nowo opracowany katalizator wykazuje niezwykłą samooptymalizację. Jego wydajność wzrasta z biegiem czasu, co wynika z głębokich przemian chemicznych zachodzących w procesie rozszczepiania wody. Kobalt zmienia się z Co2+ na Co3+, podczas gdy stosunek W5+ do W6+ zmienia się w wolframie. Dynamika ta poprawia kinetykę reakcji wydzielania się tlenu, co jest uważane za próg krytyczny w procesie.

Innowacyjny mechanizm rozszczepiania wody

Kolejny znaczący wkład w produkcję wodoru wnieśli naukowcy pod kierunkiem dr Paolo Giusto, którzy intensywnie badali mechanizm rozkładu wody przy użyciu katalizatorów azotku węgla. Udało im się określić szczegółowe interakcje między azotkiem węgla i wodą, w szczególności transfer protonów i elektronów pod wpływem światła. Wykazano, że azotek węgla jest skutecznym katalizatorem umożliwiającym produkcję wodoru w drodze sztucznej fotosyntezy.

Odkrycia pokazują, że azotek węgla jest w stanie rozłożyć wodę na składniki: tlen i wodór. Proces ten ma kluczowe znaczenie dla przyspieszenia produkcji bardziej wydajnych materiałów katalitycznych do produkcji wodoru ze światła słonecznego. Katalizator pochłania światło i wykorzystuje jego energię do destabilizacji cząsteczek wody, powodując w ten sposób transfer elektronów sprzężonych z protonami, który osłabia wiązania chemiczne wody.

Perspektywy zrównoważonych rozwiązań energetycznych

Postępy w obu projektach badawczych mają daleko idące konsekwencje dla przyszłej produkcji energii. Samooptymalizacja katalizatora wykonanego z kobaltu i wolframu może w dłuższej perspektywie pomóc w zwiększeniu wydajności produkcji zielonego wodoru. Jednocześnie odkrycia dotyczące dynamiki cząsteczek azotku węgla i wody zapewniają głębszą podstawę do zrozumienia tworzenia zrównoważonych rozwiązań energetycznych.

Warto również wspomnieć o finansowaniu projektów badawczych: Dandan Gao otrzymuje wsparcie w ramach programu Walter Benjamin DFG, który umożliwia naukowcom w fazie kwalifikacyjnej po doktoracie realizację własnych projektów badawczych. Projekt otrzymuje także wsparcie od Fundacji Carla Zeissa, Fundacji Alexandra von Humboldta i obszaru profilowego JGU SusInnoScience.

Ogólnie rzecz biorąc, badania nad tymi katalizatorami przybliżają zrównoważoną produkcję wodoru i mogą w decydujący sposób przyczynić się do zmniejszenia zależności od paliw kopalnych. Przyszły rozwój technologii wodorowej pozostaje jednym z najbardziej ekscytujących obszarów chemii stosowanej.