Испытан новый катализатор для производства водорода

Люди веками черпают вдохновение в природе, создавая различные устройства. Но дублирование шагов в сложном электронном танце фотосинтеза остается одной из основных проблем и крупнейших возможностей для химиков.

В настоящее время наиболее эффективные доступные методы производства топлива — преимущественно водорода — из солнечного света и воды, включают редкие и дорогие металлические катализаторы, такие как платина. В новом исследовании ученые из Аргоннской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США нашли более эффективный способ связи менее дорогого синтетического катализатора с содержанием кобальта с органической светочувствительной молекулой под названием хромофор.

"Хотя кобальт значительно менее эффективен, чем платина, когда дело касается производства водорода, значительная разница в цене между этими двумя металлами делает кобальт очевидной альтернативой в качестве основы для синтетического катализатора", - сообщила химик Карен Малфорт. - "От кобальта не требуется эффективность платины, поскольку он значительно дешевле нее",- пояснила она.

Данное исследование впервые рассматривало кобальт как потенциальный каталитический материал. Был идентифицирован новый механизм, который связывает хромофор и катализатор. Предыдущие эксперименты с кобальтом представляли собой попытки соединить хромофор непосредственно с атомом кобальта в большей смеси, но это в итоге привело к прерыванию процесса выработки водорода. Вместо этого в данном случае исследователи соединили хромофор с частью большего органического кольца, окружающего атом кобальта, что позволило реакции длиться значительно дольше.

"Если мы должны непосредственно связать хромофор и атом кобальта, многие из стимулируемых электронов быстро выпадают из возбужденного состояния обратно в основное состояние, до совершения передачи энергии",- сказала Малфорт. - "Соединяя эти два материала описанным способом, мы можем быть уверены в том, что электроны будут вести себя так, как требуется".

Одно дополнительное преимущество работы с катализатором на основе кобальта, помимо его относительно низкой стоимости и доступности, заключается в том, что ученые понимают действие атомных механизмов. "Существует масса различных путей, которые, как мы уже знаем, могут модифицировать катализаторы на основе кобальта, а это важно, поскольку нам необходимо изготавливать более прочные устройства",- сказала Малфорт.

Будущие исследования в данной области могут вовлечь катализаторы на основе никеля и железа — металлов, которых в природе еще больше, чем кобальта, хотя их каталитическая эффективность не столь высока.

Результаты опубликованы в издании Physical Chemistry Chemical Physics.