Ученые раскрыли прорыв, который может привести к более чистой водородной энергетике

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 19 мая 2023 г., 18:51:43 MSK
  • 0 комментариев
  • 33 просмотра
Химики сделали большой шаг к расщеплению молекул водорода и кислорода с получением чистого водорода - без использования ископаемого топлива. Результаты экспериментов по импульсному радиолизу раскрыли полный механизм реакции для важной группы катализаторов, расщепляющих воду. Эта работа означает, что ученые приблизились к получению чистого водорода из возобновляемых источников энергии, источника энергии, который мог бы способствовать более экологичному будущему нации и мира.

Химики из Университета Канзаса и Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США сделали большой шаг к расщеплению молекул водорода и кислорода для получения чистого водорода - без использования ископаемого топлива.

Результаты экспериментов по импульсному радиолизу раскрыли полный механизм реакции для важной группы катализаторов, "расщепляющих воду". Работа КУ и Брукхейвена означает, что ученые приблизились к получению чистого водорода из возобновляемых источников энергии, источника энергии, который мог бы способствовать более экологичному будущему нации и мира.

Их выводы появятся на этой неделе в Труды Национальной академии наук.

"Понять, как протекают химические реакции, из которых получается чистое топливо, такое как водород, очень сложно - эта статья представляет собой кульминацию проекта, который я начал на самом первом курсе в Калифорнийском университете", - сказал соавтор Джеймс Блейкмор, доцент химии, чьи исследования в Лоуренсе легли в основу открытия.

"В нашей статье представлены данные, которые были с трудом получены с помощью специализированных методов, чтобы понять, как определенный катализатор для выработки водорода выполняет свою работу", - сказал он. "Методы, которые использовались как здесь, в КУ, так и в Брукхейвене, довольно специализированы. Их реализация позволила нам получить полное представление о том, как получать водород из его составных частей, протонов и электронов".

Исследования Блейкмора в Калифорнийском университете легли в основу этого прорыва. Он привез свою работу в Брукхейвен для исследований с использованием импульсного радиолиза, а также других методов, в их Ускорительном центре энергетических исследований. Брукхейвен - одно из двух мест в стране, где имеется оборудование, позволяющее проводить эксперименты по импульсному радиолизу.

"Очень редко удается получить полное представление о полном каталитическом цикле", - сказал химик из Брукхейвена Дмитрий Полянский, соавтор статьи. "Эти реакции проходят через множество стадий, некоторые из которых очень быстрые и их нелегко наблюдать".

Блейкмор и его коллеги сделали открытие, изучая катализатор, основанный на пентаметилциклопентадиенилродиевом комплексе, сокращенно [Cp*Rh]. Они сосредоточились на лиганде Cp* (произносится как C-P-"звезда") в паре с редким металлом родием из-за намеков из предыдущих работ, показывающих, что эта комбинация была бы подходящей для работы.

"Наша родиевая система оказалась хорошей мишенью для импульсного радиолиза", - сказал Блейкмор. "Лиганды Cp*, как их называют, знакомы большинству химиков-металлооргаников, да и вообще химикам всех мастей. Они используются для поддержки многих катализаторов и могут стабилизировать различные вещества, участвующие в каталитических циклах. Одно из ключевых открытий этой статьи дает новое представление о том, как Cp* лиганд может быть тесно вовлечен в химию выделения водорода".

Но Блейкмор подчеркнул, что полученные результаты могут привести к другим улучшенным химическим процессам, помимо получения чистого водорода.

"В нашей работе мы надеемся, что химики увидят исследование о том, как обычный лиганд, Cp *, может обеспечить необычную реактивность", - сказал исследователь KU. "Эта необычная реакционная способность имеет отношение к истории с водородом, но на самом деле это нечто большее, потому что Cp * содержится во множестве различных катализаторов. Химики обычно думают, что катализаторы основаны на металлах. С такой точки зрения, если вы создаете новую молекулу, металл является ключевым действующим лицом, которое объединяет составные части. Наша статья показывает, что это не всегда так. Cp* может быть задействован при сшивании деталей вместе для формирования изделий."

Блейкмор сказал, что он надеется, что эта статья может стать открытием, которое приведет к усовершенствованиям других катализаторов и систем, основанных на Cp* лигандах. Прорыв, который был поддержан Национальным научным фондом и Научным управлением Министерства энергетики США, может быть более широко применен к промышленной химии. В настоящее время Блейкмор работает над применением методов, подобных тем, которые использовались в этой работе, для разработки новых подходов к утилизации ядерного топлива и обращению с видами актинидов.

Студенты KU на уровне магистратуры и бакалавриата также были вовлечены в исследования, которые легли в основу этого прорыва.

"Этот проект был очень важным средством обучения для студентов", - сказал Блейкмор. "Аспирант Уэйд Хенке, первый автор, сейчас работает в Аргоннской национальной лаборатории в качестве постдока. Аспирант Юн Пэн является вторым автором и начал совместную работу с Брукхейвеном; оба сейчас защитили докторские диссертации. Магистранты также вносили свой вклад в этот проект на протяжении многих лет, предоставляя новые комплексы и идеи, которые мы использовали для создания истории, появившейся в этой статье.

"В целом, я считаю это успешным проектом, который на протяжении многих лет был результатом настоящей командной работы".

Комментарии

0 комментариев