Molekulárne kocky na slnku

Fotokatalyzátor vyčerpaný v rastlinách kvôli oxidácii vody

Plameň vodíka DOE
čítať nahlas

Získavanie vodíka z vody a slnka - to by bolo riešením mnohých energetických problémov. Austrálsky a americký výskumný tím vyvinul katalyzátor, ktorý účinne katalyzuje jednu z čiastočných reakcií, fotooxidáciu vody.

Vodík je považovaný za jeden z najdôležitejších energetických nosičov budúcnosti. Bolo by ideálne extrahovať vodík nie z fosílnych palív, ale rozdelením vody. Elektrolýza vody je však mimoriadne energeticky náročný proces, a teda nielen nákladný, ale aj skutočne neudržateľný, ak by sa z fosílnych palív opäť vyrábala potrebná elektrina. Sľubná alternatíva je fotolýza, to znamená rozdelenie vody svetlom.

Elektrolýza energie jedlom

Elektrolýza je zvrátenie procesov v batérii: elektrická energia sa premieňa na chemikáliu. Elektrolýza vody pozostáva z dvoch čiastkových reakcií: protóny, pozitívne nabité vodíkové ióny, sa redukujú na vodík v katódovom priestore, kyslík sa vytvára v anódovom priestore oxidáciou vody. Ak chcete z tohto energeticky náročného procesu vyťažiť maximum, je rozumné používať slnečné svetlo.

Najväčšou prekážkou na ceste k fotokatalytickému štiepeniu vody však bolo, že zatiaľ nebol nájdený žiadny robustný katalyzátor na oxidáciu vody. V skutočnosti je najznámejším katalyzátorom, ktorý veľmi dobre oxiduje vodu pri ožiarení viditeľným svetlom, enzým obsahujúci fotogenetický aparát živých organizmov obsahujúci mangán.

Mangánový komplex podľa prírody

Robin Brimblecombe a Leone Spiccia z Monash University v Austrálii, Gerhard F. Swiegers z Austrálskej organizácie pre vedecký a priemyselný výskum v Spoločenstve (CSIRO) a G. Charles Dismukes z Princeton University v USA teraz vyvinuli fotokatalyzátor založený na tejto štruktúre, ktorý účinne katalyzuje fotooxidáciu vody. zobraziť

Jeho stredobodom je komplex obsahujúci mangán, ktorý bol skopírovaný z fotosyntetických organizmov. Je to komplex mangán-oxo s jadrom v tvare kocky so štyrmi atómami mangánu a štyrmi atómami kyslíka, ktoré sú zapuzdrené fosfinátovými molekulami. Skutočná katalyticky aktívna vrstva sa vytvára vtedy, keď svetelná energia uvoľní molekulu z kapsuly.

Membrána stabilizuje katalyzátor

Komplex mangánu však nie je rozpustný vo vode. Vedci sa tomuto problému vyhli potiahnutím elektródy vrstvou tenkej membrány. Katalytický komplex zabudovaný do vodných kanálov tejto membrány je stabilizovaný a prichádza do dobrého kontaktu s molekulami vody. Ožiarenie viditeľným svetlom pri napätí 1, 2 V vedie k efektívnej elektrooxidácii vody.

Tento anodický polčlánok by mohol byť ľahko spárovaný s katódovou vodíkovou katódovou bunkou. V budúcnosti by sa napríklad mohla vytvoriť fotoelektrochemická bunka, ktorá produkuje čistý vodík a kyslík z vody a slnečného svetla.

(Spoločnosť nemeckých chemikov, 27.08.2008 - NPO)