Двухатомный катализатор позволит получать кислород из воды
Москва, 11:51, 22 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Международная команда исследователей определила каталитические участки на гематите или ржавчине, позволяющие эффективно использовать материал для расщепления воды.
Ржавчина давно считается потенциально привлекательным продуктом для солнечного электролиза, сообщает phys.org. У растений за процесс отвечает фотосистема II (ФСII). Фермент поглощает свет и расщепляет воду, извлекая из молекулы фотоны с электронами. В результате выделяется атмосферный кислород. Но попытки использовать оксид железа на практике давали результаты, уступавшие теоретическим. Исследователи из Йельского университета, Имперского колледжа Лондона и Швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны предложили решение проблемы.
Проект пролил свет на механизм окисления воды в зоне контакта жидкости с материалом. расчеты и эксперименты показали, что, изменив интенсивность света, можно повлиять на процесс расщепления. По словам ученых, открытие помогает понять, какие участки отвечают за реактивность поверхности оксида.
Выводы исследования представлены в Nature Chemistry.
Ке Ян, соавтор работы из Йельского университета, определил изолированные каталитические участки, действующие при слабом освещении, и двухатомное каталитическое ядро Fe(OH)-O-Fe(OH).Структура обеспечивает достаточно мощности для извлечения электронов из воды, накапливая до 3 окислительных эквивалентов (недостающих частиц) при ярких солнечных лучах. Механизм имитирует активацию ФСII при фотосинтезе.
Виктор Батиста, руководитель Йельской группы, в 2018-м участвовал в отдельном исследовании, описавшем похожие двухатомные катализаторы. Новые данные показывают, что такие материалы с 2 смежными металлическими центрами подойдут для эффективного электролиза.
«Получение кислорода из воды требует многократного окисления, — сказал Джеймс Дюррант из Имперского колледжа Лондона. – Оптическая абсорбционная микроскопия позволила измерить кинетику процесса, меняющуюся с накоплением дыр на поверхности гематита. Так мы получили уравнения скорости реакции и константы, помогающие оценить процесс и управлять им».
