Ученые предлагают использовать никель вместо платины

Никель в соединении с несколькими органическими молекулами способен «извлекать» водород из других молекул не хуже, чем большинство распространенных платиновых катализаторов, и может стать основой для дешевых и экономически эффективных устройств для получения водорода из воды.

Водородная энергетика сейчас рассматривается как один из путей преодоления «нефтяной зависимости» и снижения воздействия человека на климат. Одним из препятствий для ее развития остаются большие энергозатраты на получение водорода. В современной практике для этого используются катализаторы на базе палладия или других достаточно дорогих благородных металлов.

Однако катализаторы используют и живые организмы. В частности, некоторые бактерии получают водород с помощью ферменты гидрогеназы. Многие ученые полагают, что искусственный аналог этого белка поможет использовать водород в качестве экологически чистого источника энергии.

Группа химиков под руководством Даниеля Дюбуа из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде (США) смогла создать высокоэффективный катализатор на основе никеля, проанализировав структуру и свойства гидрогеназы.

Ученые отмечают, что им удалось не только создать искусственный аналог белка, но и значительно улучшить его свойства - их катализатор работает столь же эффективно, как и платиновые «ускорители» реакции.

Катализатор Дюбуа построен вокруг иона никеля и состоит из нескольких органических «хвостов», которые переносят ионы водорода к центру реакции. Ион никеля соединяется с двумя «хвостами» при помощи четырех атомов фосфора. На хвостах расположены по два атома азота, к которым в ходе реакции присоединяются ионы водорода. При наличии свободных электронов в среде реакции - в частности, при пропускании электрического тока - ион никеля «присоединяет» их к ионам водорода и формирует из них молекулы нейтрального водорода.

Первые версии катализатора оказались не очень эффективными. При восстановлении водорода объемная молекула «ускорителя» могла соединиться с положительно заряженными ионами водорода тремя различными способами, два из которых приводили к самонейтрализации катализатора - водород восстанавливался, но при этом оставался «прикрепленным» к атомам азота. Ученые несколько модифицировали молекулу и сделали ее относительно плоской - теперь катализатор мог соединяться с водородом только двумя способами, и большинство его молекул не теряло своих свойств с течением времени.

В статье отмечается, что для работы этого катализатора необходима кислая среда, которой может выступить раствор любой органической или минеральной кислоты. Катализатор достаточно устойчив: в нормальных условиях за полчаса реакции разлагается только 5% его молекул. С другой стороны, ученые отмечают, что чрезмерно высокая кислотность среды приводит к быстрому разложению катализатора.

Добавление в раствор воды стабилизирует катализатор и усиливает его способность к реакции: вода способствует повышению концентрации молекул катализатора с «правильной» пространственной структурой, из-за чего его эффективность усиливается. Ученые выяснили, что наиболее благоприятные условия для ускорения реакции возникают тогда, когда воды в растворе в примерно в три раза больше, чем кислоты.

При таких условиях одна молекула катализатора способна выработать 100 тысяч молекул водорода за одну секунду.
Нажми «Нравится» и читай нас в Facebook!

По теме Ученые предлагают использовать никель вместо платины

Череп из платины

Британец Дэмиен Херст, обладающий званием самого дорогого современного художника...
Журнал

Аллергия на никель

Ученые из Германии выяснили механизм развития аллергии на никель. Исследование...
Журнал

Аллергия на никель

Ученые из Германии выяснили механизм развития аллергии на никель. Отчет об...
Журнал

Археологи предлагают ограничить продажи металлодетекторов

Российские археологи считают главным средством борьбы с разграблением...
Журнал

В РПЦ предлагают создать общероссийский дресс-код

Манеры россиян одеваться требуют наведения порядка, считает глава синодального...
Журнал

Для борьбы с пиратством датские судовладельцы предлагают

Ассоциация датских судовладельцев призвала в четверг правительство Дании...
Журнал

Опубликовать сон

Гадать онлайн

Пройти тесты

Популярное

Суд. Раскодирование
Тема жертвы. Астрология