Revolučné katalyzátory: Mainz objavuje nové tajomstvo zeleného vodíka!

Revolučné katalyzátory: Mainz objavuje nové tajomstvo zeleného vodíka!

11. marca 2025 urobili vedci z Johannes Gutenberg University Mainz prelomový pokrok vo výskume výroby zeleného vodíka. Vyvinuli lacné a účinné katalyzátory na štiepenie vody vyrobené z kobaltu a volfrámu. Tieto materiály sú nielen ľahko dostupné, ale aj lacné, čo výrazne zvyšuje ich využiteľnosť v priemyselnom meradle. Komplexné výsledky boli publikované v časopise Angewandte Chemie.

Na rozdiel od konvenčných katalyzátorov, ktoré často trpia stratou výkonu, novovyvinutý katalyzátor vykazuje pozoruhodnú vlastnú optimalizáciu. Jeho účinnosť sa časom zvyšuje, čo je spôsobené hlbokými chemickými zmenami počas procesu štiepenia vody. Kobalt sa mení z Co2+ na Co3+, zatiaľ čo pomer W5+ k W6+ sa mení na volfrám. Táto dynamika zlepšuje reakčnú kinetiku vývoja kyslíka, ktorá sa v procese považuje za kritický prah.

Inovatívny mechanizmus štiepenia vody

Ďalší významný príspevok k výrobe vodíka pochádza od výskumníkov vedených Dr. Paolom Giustom, ktorí intenzívne skúmali mechanizmus štiepenia vody pomocou katalyzátorov na báze nitridu uhlíka. Boli schopní detailne určiť interakcie medzi nitridom uhlíka a vodou, najmä prenos protónov a elektrónov pod vplyvom svetla. Ukázalo sa, že nitrid uhlíka je účinným katalyzátorom, ktorý umožňuje produkciu vodíka prostredníctvom umelej fotosyntézy.

Zistenia ukazujú, že nitrid uhlíka je schopný rozložiť vodu na jej zložky kyslík a vodík. Tento proces je rozhodujúci pre pokrok vo výrobe účinnejších katalytických materiálov na výrobu vodíka zo slnečného žiarenia. Katalyzátor absorbuje svetlo a jeho energiu využíva na destabilizáciu molekúl vody, čím spôsobuje protónový prenos elektrónov, ktorý oslabuje chemické väzby vody.

Perspektívy trvalo udržateľných energetických riešení

Vývoj v oboch výskumných projektoch má ďalekosiahle dôsledky pre budúcu výrobu energie. Samooptimalizácia katalyzátora vyrobeného z kobaltu a volfrámu by mohla pomôcť zvýšiť efektívnosť výroby zeleného vodíka z dlhodobého hľadiska. Zistenia o dynamike nitridu uhlíka a molekúl vody zároveň poskytujú hlbší základ porozumenia pre tvorbu trvalo udržateľných energetických riešení.

Za zmienku stojí aj financovanie výskumných projektov: Dandan Gao je podporovaný v rámci programu Walter Benjamin DFG, ktorý umožňuje vedcom v kvalifikačnej fáze po ukončení doktorátu realizovať vlastné výskumné projekty. Projekt podporuje aj Nadácia Carla Zeissa, Nadácia Alexandra von Humboldta a profilová oblasť JGU SusInnoScience.

Celkovo výskum týchto katalyzátorov približuje udržateľnú výrobu vodíka a mohol by rozhodujúcim spôsobom prispieť k zníženiu závislosti od fosílnych palív. Budúci vývoj vodíkovej technológie zostáva jednou z najzaujímavejších oblastí v aplikovanej chémii.