Daha Az Enerji Kullanarak Hidrojen Üretimi
Fotoğraf: Dr. Laith Almazahreh, Friedrich Schiller Üniversitesi Jena’da doğadan ilham alan bir model bileşiği ile elektrokatalitik hidrojen oluşum mekanizmasını araştırıyor. Elektrokimyasal hücre, hidrojen üretmek için kullanılan bu katalitik olarak aktif bileşiğin bir çözeltisini içerir.
Doğadan ilham alan bir bileşiğin hidrojen üretme şekli, Almanya Jena Üniversitesi ve İtalya Milano-Bicocca Üniversitesi’nden uluslararası bir araştırma ekibi tarafından ilk kez ayrıntılı olarak açıklandı. Bu bulgular, hidrojenin sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak enerji tasarruflu üretiminin temelidir.
Model Olarak Doğa
Hidrojenaz adı verilen özel enzimler kullanarak hidrojen üreten doğal olarak oluşan mikroorganizmalar vardır. Hidrojenazların özelliğinin hidrojeni katalistik olarak üretmeleri olduğunu , genellikle pahalı bir platin katalizör kullanılarak endüstriyel olarak gerçekleştirilen elektrolizin aksine, mikroorganizmaların organometalik demir bileşikleri kullandığını belirtti Almanya’daki Jena Üniversitesi Anorganik ve Analitik Kimya Enstitüsü’nden Prof. Wolfgang Weigand. Bir enerji kaynağı olarak hidrojenin doğal olarak büyük ilgi gördüğünü bu sebeple bu katalitik sürecin tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlamak istediklerini ekledi.
Geçmişte, dünya çapında doğal olarak meydana gelen hidrojenazlar üzerinde kimyasal olarak modellenen çok sayıda bileşik üretilmiştir. Milano Üniversitesi ile ortak çalışma içinde, Weigand ve Jena’daki ekip şimdi kataliz süreci hakkında tamamen yeni bakış açıları sağlayan bir bileşik ürettiler.
“Doğada olduğu gibi, modelimiz iki demir atom içeren bir moleküle dayanmaktadır. Bununla birlikte, doğal formla karşılaştırıldığında, demirin kimyasal ortamını belirli bir şekilde değiştirdik. Kesin olmak gerekirse, bir amin benzer kimyasal özelliklere sahip bir fosfin oksit ile değiştirildi. Bu nedenle fosfor elementini devreye soktuk.”
Elektrokatalitik Hidrojen Üretimi Hakkında Ayrıntılı Bilgi
Bu, Weigand ve ekibinin hidrojen oluşum sürecini daha iyi anlamalarını sağladı. Su pozitif yüklü protonlardan ve negatif yüklü hidroksit iyonlarından oluşur.
Amaçlarının bu protonların nasıl hidrojen oluşturduğunu anlamak olduğunu, ancak deneylerinde proton donörünün su değil, asit olduğunu belirtti Weigand. Asitin protonunun bileşiğinin fosfin oksitine ve ardından demir atomlarından birine proton salınımı ile aktarıldığını gözlemlediklerini, benzer bir süreç molekülün doğal varyantında da bulunabileceğini ekledi. Protonun pozitif yükünü dengelemek ve sonuçta hidrojen üretmek için, negatif yüklü elektronlar elektrik akımı şeklinde tanıtıldı. Jena Üniversitesi’nde geliştirilen döngüsel voltametri ve simülasyon yazılımı yardımıyla, bu protonların nihayet serbest hidrojene indirgendiği bireysel adımlar incelendi.
Weigand, deney sırasında hidrojen gazının çözeltiden küçük kabarcıklar halinde nasıl yükseldiğini görebildiklerini, döngüsel voltametriden elde edilen deneysel ölçüm verilerinin ve simülasyon sonuçlarının daha sonra Milano’daki araştırma ekibi tarafından kuantum kimyasal hesaplamaları için kullanıldığını belirtti. Bu, tüm reaksiyonun hidrojeni üretmek için kimyasal olarak nasıl ilerledikleri ve reaksiyonun her bir adımı için makul bir mekanizma önermelerini sağladığını, bunun daha önce hiç bu doğruluk seviyesiyle yapılmadığını ekledi Weigand. Grup, sonuçları ve önerilen reaksiyon yolunu ünlü “ACS Catalysis” dergisinde yayımladı.
Amaç: Güneş Enerjisi ile Hidrojen
Bu bulgular üzerine inşa edilen Weigand ve ekibi, artık hidrojeni sadece enerji tasarruflu bir şekilde üretmekle kalmayıp, aynı zamanda bunu yapmak için sürdürülebilir enerji kaynaklarını da kullanabilen yeni bileşikler geliştirmek istiyor.
Bu araştırmanın bir parçası olan Transregio Ortak Araştırma Merkezi 234 ‘CataLight’ın hedefinin, güneş ışığı kullanımıyla suyu bölerek hidrojen üretmek olduğunu açıklıyor Weigand. Araştırmadan elde edilen bilgilerle, şimdi hidrojenazlara dayanan ve sonuçta ışık enerjisi kullanılarak aktive edilen yeni katalizörler tasarlamak ve araştırmak için çalıştıklarını ekliyor.
Kaynak: phys.org
