Спецтемы

Ученые создали обратимый катализатор для превращения электричества в водород и обратно

Солнечные батареи фото

Хранение электричества в виде топлива, позволит солнечной энергии продолжать работать в темное время суток и штормовые дни. Задача состоит в создании катализатора, который может подтолкнуть реакции производства водорода, а позже разорвать полученное топливо с высвобождением энергии. Природа делает это каждый день с помощью крошечных микроорганизмов, живущих в прудах. Их ферменты работают в обоих направлениях, обратимо, при комнатной температуре и давлении, без добавления энергии.

Ученые из США создали катализатор, который имитирует подобные природные водородные ферменты. Это было достигнуто за счет стабилизации структуры катализатора путем присоединения аминокислоты, имитирующей особенности ферментов и контролирующей движение протонов.

Найденный способ превратить электричество в топливо, поможет в развитии солнечной и ветровой энергии, а также топливных элементов. Создание и использование такого топлива требует быстрого и эффективного катализатора.

Ключевой проблемой в катализаторе является его работа с минимально затрачиваемой энергией и в обоих направлениях. Входящая энергия неразрывно связана с перемещением протонов. Каталитический цикл будет медленным, если протоны не смогут эффективно двигаться. В этом исследовании, учеными проложена «тропинка» для протонов. Теперь катализатор ускоряет движущиеся протоны, а не блокирует их.

Синтетический катализатор, где реакция протекает на внешней молекуле, имеет большое значение для обратимой реакции между топливом из молекулярного водорода и электроэнергией. Реакция предполагает или объединение двух протонов и двух электронов для получения водорода, или расщепление водорода, чтобы освободить электроны, создав электрический ток.

Уравнение Н2 < -- > 2Н+ (протоны) +2е- (электроны).

После разделения Н2, протоны легко переходят из никелевого сердечника катализатора в периферию, позволяя катализатору подготовиться к очередному циклу реакции.

Чтобы построить путь для протонов, ученые добавили слой из природных аминокислот фенилаланина на периферию катализатора. Аминокислоты создают более сильные межмолекулярные взаимодействия в периферии. Такая конструкция позволила катализатору достичь одной из самых удивительных особенностей фермента: каталитической обратимости.

Обратимость происходит из-за взаимодействия фенильных колец в фенилаланине. Пути движения протона из никеля в активном центре, лежат через аминокислоты, а затем карбоксильную группу, СООН, растворителя. Этот простое, но контролируемое движение протонов имеет решающее значение для обратимости.

Катализатор расщепляет водород-водородные связи в Н2 для получения протонов при комнатной температуре. Он также рекомбинирует протоны для получения Н2. То есть, он действует обратимо, без каких-либо дополнительных затрат энергии. Процесс требует взаимодействия между фенильными группами и путями протонов. Новый синтетический катализатор является одновременно быстрым и эффективным.

Ученые считают, что это только начало. Комплекс достаточно быстро работает в обоих направлениях, но достижимы и более быстрые обратимые катализаторы.

Автор: Сергей Кузнецов


Комментарии к новости








Другие новости из этого раздела

В Индии запустили поезд, работающий от солнечных батарей

20.07.2017

Индийские железнодорожники выпустили на маршрут первый электропоезд на солнечных батареях. Пока энергия Солнца используется только для обслуживания пассажиров. Государственная железнодорожная...

Ученые создали пленочные нанотранзисторы

16.07.2017

Транзисторы, массово используемые в каждом компьютерном чипе, в настоящее время основаны на материалах полупроводникового типа, обычно на кремнии. Поскольку требования...

Хакеры взломали базу данных постояльцев сети Trump Hotel

12.07.2017

Корпорация Trump Hotel объявила о взломе своих баз данных в 2016 г. Киберпреступникам была доступна вся личная и финансовая информация...

Последние новости







Материалы партнеров