Revolucionarni katalizatorji: Mainz odkril novo skrivnost za zeleni vodik!

Revolucionarni katalizatorji: Mainz odkril novo skrivnost za zeleni vodik!

11. marca 2025 so raziskovalci na Univerzi Johannesa Gutenberga Mainz naredili prelomen napredek pri raziskavah o proizvodnji zelenega vodika. Razvili so poceni in učinkovite katalizatorje za cepljenje vode iz kobalta in volframa. Ti materiali niso le lahko dostopni, ampak tudi poceni, kar bistveno poveča njihovo uporabnost v industrijskem obsegu. Obsežni rezultati so bili objavljeni v reviji Angewandte Chemie.

V nasprotju s konvencionalnimi katalizatorji, ki pogosto trpijo zaradi izgube zmogljivosti, kaže novo razviti katalizator izjemno samooptimizacijo. Njegova učinkovitost se sčasoma poveča, kar je posledica globokih kemičnih sprememb med procesom cepitve vode. Kobalt se spreminja iz Co2+ v Co3+, medtem ko se razmerje med W5+ in W6+ spreminja v volframu. Ta dinamika izboljša reakcijsko kinetiko sproščanja kisika, ki velja za kritični prag v procesu.

Inovativni mehanizem cepitve vode

Drug pomemben prispevek k proizvodnji vodika so raziskovalci pod vodstvom dr. Paola Giusta, ki so intenzivno raziskovali mehanizem cepitve vode z uporabo katalizatorjev iz ogljikovega nitrida. Ugotovili so lahko podrobne interakcije med ogljikovim nitridom in vodo, zlasti prenos protonov in elektronov pod vplivom svetlobe. Ogljikov nitrid se je izkazal za učinkovitega katalizatorja, ki omogoča proizvodnjo vodika z umetno fotosintezo.

Ugotovitve kažejo, da je ogljikov nitrid sposoben razgraditi vodo na njeni komponenti kisik in vodik. Ta proces je ključnega pomena za pospešitev proizvodnje učinkovitejših katalizatorskih materialov za proizvodnjo vodika iz sončne svetlobe. Katalizator absorbira svetlobo in uporablja njeno energijo za destabilizacijo vodnih molekul, s čimer povzroči s protonom sklopljeni prenos elektronov, ki oslabi kemične vezi vode.

Perspektive za trajnostne energetske rešitve

Razvoj v obeh raziskovalnih projektih ima daljnosežne posledice za prihodnjo proizvodnjo energije. Samooptimizacija katalizatorja iz kobalta in volframa bi lahko pripomogla k dolgoročnemu povečanju učinkovitosti proizvodnje zelenega vodika. Hkrati ugotovitve o dinamiki molekul ogljikovega nitrida in vode zagotavljajo globljo osnovo razumevanja za oblikovanje trajnostnih energetskih rešitev.

Omeniti velja tudi financiranje raziskovalnih projektov: Dandan Gao je podprt v okviru programa Walter Benjamin DFG, ki znanstvenikom v fazi kvalifikacij po doktoratu omogoča izvajanje lastnih raziskovalnih projektov. Projekt prejema tudi podporo fundacije Carl Zeiss, fundacije Alexander von Humboldt in področja profila JGU SusInnoScience.

Na splošno raziskave teh katalizatorjev približujejo trajnostno proizvodnjo vodika in bi lahko odločilno prispevale k zmanjšanju odvisnosti od fosilnih goriv. Prihodnji razvoj vodikove tehnologije ostaja eno najbolj vznemirljivih področij uporabne kemije.