Daha Az Enerji Kullanarak Hidrojen Üretmek
Fotoğraf: Dr. Laith Almazahreh, Friedrich Schiller Jena Üniversitesi’nde doğadan ilham alan model bir bileşik ile elektrokatalitik hidrojen oluşum mekanizmasını araştırmaktadır. Elektrokimyasal hücre, hidrojen üretmek için kullanılan, katalitik olarak aktif bileşiğin bir çözeltisini içermektedir.
Doğadan ilham alan bir bileşiğin hidrojen üretme şekli, şimdi ilk kez Almanya’daki Jena Üniversitesi ve İtalya’daki Milano-Bicocca Üniversitesi’nden uluslararası bir araştırma ekibi tarafından ayrıntılı olarak araştırılmaktadır. Bulgular, sürdürülebilir bir enerji kaynağı olarak hidrojenin, enerji verimli üretiminin temelini oluşturmaktadır.
Model Olarak Doğa
Hidrojenaz adı verilen özel enzimleri kullanarak hidrojen üreten, doğal olarak oluşan mikroorganizmalar bulunmaktadır. Almanya’daki Jena Üniversitesi Anorganik ve Analitik Kimya Enstitüsü’nden Prof. Wolfgang Weigand, “Hidrojenazlarla ilgili özel olan şey, katalitik olarak hidrojen üretmeleridir. Genellikle endüstriyel olarak pahalı bir platin katalizör kullanılarak gerçekleştirilen elektrolizden farklı olarak, mikroorganizmalar organometalik demir bileşikleri kullanmaktadır. Bir enerji kaynağı olarak hidrojen, doğal olarak büyük ilgi görmekte. Bu nedenle, bu katalitik sürecin tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlamak istiyoruz” diye açıklıyor.
Geçmişte, dünya çapında doğal olarak oluşan hidrojenazlar üzerinde kimyasal olarak modellenen çok sayıda bileşik üretilmiştir. Milano Üniversitesi ile işbirliği içinde, Weigand ve Jena’daki ekibi, kataliz sürecine tamamen yeni bakış açıları kazandıran bir bileşik üretti.
Weigand ve Jena’daki ekip, “Doğada olduğu gibi, modelimiz iki demir atomu içeren bir moleküle dayanmaktadır. Ancak doğal formla karşılaştırıldığında, demirin kimyasal ortamını belirli bir şekilde değiştirdik. Bir amini, benzer kimyasal özelliklere sahip bir fosfin oksit ile değiştirdik. Bu nedenle fosfor elementini devreye soktuk.” diye açıklıyorlar.
Elektrokatalitik Hidrojen Üretimine İlişkin Ayrıntılı Bilgi
Weigand, “Amacımız bu protonların nasıl hidrojen oluşturduğunu anlamaktı. Ancak deneylerimizdeki proton donörü su değil, bir asitti. Asidin protonunun, bileşiğimiz fosfin oksidine (PH3) aktarıldığını ve ardından demir atomlarından birine bir proton salındığını gözlemledik. Benzer bir süreç, molekülün doğal varyantında da bulunabilir” diyor. Protonun pozitif yükünü dengelemek ve nihayetinde hidrojen üretmek için, elektrik akımı şeklinde negatif yüklü elektronlar 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 çözeltide küçük kabarcıklar halinde nasıl yükseldiğini gerçekten görebildik. Döngüsel voltametriden elde edilen deneysel ölçüm verileri ve simülasyon sonuçları daha sonra Milano’daki araştırma ekibi tarafından kuantum kimyasal hesaplamalar için kullanıldı. Bu, tüm reaksiyonun hidrojeni üretmek için kimyasal olarak nasıl ilerlediğine dair reaksiyonun her bir adımı için makul bir mekanizma önermemizi sağladı. Bu daha önce hiç bu düzeyde bir doğrulukla yapılmamıştı. Grup, sonuçları ve önerilen reaksiyon yolunu ünlü “ACS Catalysis” dergisinde yayınladı.” diye ekliyor.
Hedef: Güneş Enerjisi Yoluyla Hidrojen Üretmek
Bu bulgulara dayanarak, Weigand ve ekibi şimdi yalnızca enerji verimli bir şekilde hidrojen üretebilen değil, aynı zamanda bunu yapmak için sürdürülebilir enerji kaynakları kullanabilen yeni bileşikler geliştirmek istiyor. Weigand, “Bu araştırmanın bir parçası olduğu Transregio Collaborative Research Center 234 ‘CataLight’ın amacı, güneş ışığı sayesinde suyu yararak (bölerek) hidrojen üretmektir. Araştırmamızdan edindiğimiz bilgilerle, şimdi ışık enerjisi kullanılarak nihayetinde aktive edilen hidrojenazlara dayalı yeni katalizörler tasarlamak ve araştırmak için çalışıyoruz.” diye açıklıyor.
Kaynak: phys.org
