Учёные разобрались в механике катализа
Учёные пытаются сделать то, что делают растения в естественных условиях — разорвать связи внутри молекулы воды и из полученных протонов получить водород. Но чтобы понять, насколько химическое вещество будет «полезно» в качестве топлива, важно понимать, какая энергия необходима для образования химического вещества. Если элемент имеет слабые электрохимические связи, он обладает высоким энергетическим потенциалом, так как его можно легко расщепить.
Что сделали учёные? Учёные меняли pH воды и раз за разом воспроизводили фотоэффект для получения тока, что позволяло им получать больше продуктов первого этапа реакции при более высоком pH. Это позволило им измерить, как меняется свободная энергия в ходе этого этапа реакции. Правда, учёные «светили» особым образом.
Обычно солнечный свет — непрерывен. Из-за этого некоторые этапы химической реакции могут быть скрыты от глаз наблюдателя. Исследователи же использовали импульсный свет, что во многом упростило определение свободной энергии. Однако сам по себе метод спектроскопии импульсного света еще не оправдал себя в достаточной мере.
В итоге исследователи определили изменение свободной энергии переноса электрона и протона из воды на поверхности материала для получения водорода. Это понимание особенно важно для материаловедения — если процесс сложный и энергоемкий, то выбранный катализатор не так эффективен в производстве конечного продукта: водородного топлива. Более того, это понимание позволяет предсказать эффективность катализатора на уровне вычислений, не прибегая к дорогостоящему эксперименту.
Исследование опубликовано в журнале Nature Materials
Реакция расщепления воды для получения водородного молекулярного топлива крайне сложна, но один из этапов удалось понять получше.