_ Descoperirea catalizatorului organic ar putea duce la pile de combustie mai ieftine

Cu dioxidul de carbon din atmosferă la niveluri record, căutarea unor alternative cu energie curată la utilizarea combustibililor fosili devine din ce în ce mai urgentă.

Un obstacol pe care cercetătorii îl pot face Fața este că tehnologia actuală a celulelor de combustibil se bazează pe utilizarea catalizatorilor metalici scumpi precum platina pentru a transforma hidrogenul în energie; cu toate acestea, o echipă de la Universitatea din Virginia, Universitatea din Virginia, a identificat o moleculă organică care ar putea fi un înlocuitor eficient și mai puțin costisitor pentru catalizatorii metalici convenționali.

Pilele de combustibil care produc vehicule electrice și generatoare industriale și rezidențiale posibile și care sunt necesare pentru a stoca energia generată de vânt sau de soare folosesc metale precum platina pentru a declanșa reacția chimică care împarte sursele de combustibil, cum ar fi hidrogenul gazos, în protoni și electroni, care sunt apoi valorificați ca energie electrică.

Până acum, înlocuitorii organici pentru catalizatorii cu metale rare nu erau considerați practici, deoarece procesul de cataliză îi face să se descompună în părți componente care nu mai sunt utile. Într-o lucrare publicată în Journal of the American Chemical Society, totuși, profesorii asociați de chimie Charles Machan și Michael Hilinski, împreună cu Ph.D. studenții Emma Cook și Anna Davis, identifică o moleculă organică compusă din carbon, hidrogen, azot și fluor care are potențialul de a fi un substitut practic.

Molecula nu poate iniția doar reducerea oxigenului, ci reacția care are loc în interiorul celulei de combustie — a spus Machan; poate continua să reacționeze cu produșii reacției și apoi să revină la starea inițială.

„Aceste molecule sunt stabile în condițiile în care majoritatea moleculelor se degradează și continuă să realizeze o activitate care se potrivește cu nivelul de catalizatori ai metalelor de tranziție”, a spus Machan.

Descoperirea prezintă un pas semnificativ înainte în căutarea pilelor de combustie eficiente care utilizează materiale care sunt mai durabile și mai puțin costisitoare de produs și ar putea duce la dezvoltarea următoarea generație de celule de combustie în următorii cinci până la zece ani, dar descoperirile echipei sunt doar începutul.

„Această moleculă în sine ar putea să nu ajungă într-o celulă de combustibil”, a spus Machan. „Ceea ce spune această descoperire este că pot exista materiale catalitice pe bază de carbon și, dacă le modifici pe acelea cu anumite grupe chimice, poți spera să le transformi în catalizatori grozavi pentru reacția de reducere a oxigenului. Scopul final este de a integra proprietățile care face această moleculă atât de stabilă într-un material în vrac pentru a înlocui utilizarea platinei.”

Hilinski, al cărui grup de cercetare se concentrează pe chimia organică, a subliniat importanța naturii interdisciplinare a echipei de cercetare. „Această moleculă pe care o folosim ca catalizator are o istorie în laboratorul meu, dar am cercetat întotdeauna utilizarea ei în reacții chimice care sunt efectuate pe molecule mult mai mari, care conțin carbon, cum ar fi ingredientele active din medicamente”, a spus Hilinski.

„Fără expertiza lui Charlie Machan, nu cred că am fi făcut legătura cu chimia celulelor de combustie.”

Descoperirea ar putea avea, de asemenea, implicații pentru producția industrială de peroxid de hidrogen, un produs de uz casnic care este folosit și la producția de hârtie și la tratarea apelor uzate.

„Procesul de producere a peroxidului de hidrogen este neprietenos pentru mediu și consumă foarte multă energie”, a spus Machan. „Este nevoie de reformarea cu abur la temperatură înaltă a metanului pentru a elibera hidrogenul folosit pentru a-l genera.”

Descoperirile echipei sale ar putea, de asemenea, să îmbunătățească componenta catalitică a procesului, care ar putea avea un impact pozitiv atât asupra industriei, cât și asupra mediu, precum și pe tehnologia de tratare a apei.

Hilinski a subliniat, de asemenea, că descoperirea și colaborarea care a condus la aceasta ar putea avea efecte care se extind cu mult dincolo de stocarea energiei. „Imagine de ansamblu, unul dintre cele mai interesante lucruri despre acest studiu este că prin electrificarea catalizatorului, am schimbat modul în care acesta reacționează. Acesta este ceva neașteptat care ar putea fi util și pentru sinteza medicamentelor, pe care grupul meu de cercetare este dornic să îl facă. explorează."

Machan, al cărui grup de cercetare se concentrează pe electrochimia moleculară, creditează, de asemenea, natura interdisciplinară a echipei de cercetare pentru descoperire.

"Fără know-how-ul grupului lui Mike Hilinski în realizarea molecule organice stabile care pot suferi tipul de reacții necesare, munca nu ar fi fost posibilă. Această moleculă organică unică ne-a permis să facem ceva ce pot face în mod normal doar metalele de tranziție”, a spus Machan.

(Fluierul)