Wydajny proces rozszczepiania wody zasilany energią słoneczną
Zmniejszenie zależności od spalania paliw kopalnych na rzecz produkcji energii ma wiele zalet. Może mianowicie wyeliminować nieporozumienia geopolityczne, które zagrażają bezpieczeństwu energetycznemu, oraz zredukować emisje, które powszechnie uważane są za główną przyczynę globalnej zmiany klimatu. Wodór jako nośnik energii od pewnego czasu jest przedmiotem intensywnych działań badawczo-rozwojowych. Choć jego produkcja to potężna i rozwijająca się branża, niemal wszystkie techniki jego uzyskiwania zależne są od węglowodorów (paliw kopalnych) jako źródła. Aby stworzyć nowatorski, udoskonalony katalizator do złożonego sprzężonego z protonami transferu multi-elektronów związanego z zasilanym energią słoneczną rozszczepieniem wody, badacze zainicjowali wspierany przez UE projekt "Modular ligands for water splitting" (WATERSPLIT). Starali się przede wszystkim stworzyć katalizatory do utleniania wody służące do redukcji tlenu i wody do postaci wodoru cząsteczkowego (H2) charakteryzujące się wyższą aktywnością, swoistością i wydajnością niż te dostępne obecnie. Badacze skupili się na wykorzystaniu w tym celu powszechnie występujących, łagodnych dla środowiska i tanich pierwiastków metali przejściowych. Wykorzystali je do stworzenia jednorodnych kompleksów koordynacyjnych składających się z kationu centralnego, z którym związane są ujemnie naładowane ligandy. Badania mechanizmów tworzenia się produktu i charakterystyka właściwości katalitycznych doprowadziła do identyfikacji nowych rodzin wysoce wydajnych katalizatorów utleniania wody (WOC) i katalizatorów redukcji wody (WRC). Katalizatory WOC opracowane w projekcie WATERSPLIT oparte są na powszechnie występującym i łagodnym dla środowiska żelazie. Zespół rzucił nieco światła na cechy charakterystyczne centrum metalu, które wpływają na aktywność, i które będą przydatne w opracowaniu innych systemów i transformacji katalitycznych. Badacze zidentyfikowali także produkt pośredni reakcji, który może być wykorzystany jako model zespołu fotosystemu II, pierwszego kroku na szlaku fotosyntezy. Katalizatory WRC, na bazie kobaltu, są zdolne do pełnienia funkcji zarówno foto-, jak i elektrokatalizatorów. Informacje natury mechanicznej i cechy charakterystyczne katalizatorów WOC i WRC na bazie powszechnie występujących i przyjaznych dla środowiska pierwiastków metali przejściowych torują drogę ku racjonalnemu projektowaniu bardziej wydajnych katalizatorów. Wyższa wydajność zasilanego energią słoneczną rozszczepiania wody dla potrzeb produkcji H2 może zaowocować stworzeniem prawdziwie bezemisyjnego paliwa.
Słowa kluczowe
Zasilany energią słoneczną, rozszczepianie wody, wodór, katalizatory, ligandy modularne
