Sản xuất hydro sử dụng ít năng lượng hơn

​Có những vi sinh vật tự nhiên tạo ra hydro, sử dụng các enzyme đặc biệt gọi là hydrogenase. "Điều đặc biệt về hydrogenase là chúng tạo ra hydro bằng xúc tác. Không giống như quá trình điện phân, thường được thực hiện trong công nghiệp bằng cách sử dụng chất xúc tác bạch kim đắt tiền, các vi sinh vật sử dụng các hợp chất sắt cơ kim", giáo sư Wolfgang Weigand từ Viện Hóa học vô cơ và phân tích tại Đại học Jena ở Đức nói. Ông cho biết thêm: “Là một nguồn năng lượng, hydro tự nhiên rất được quan tâm. Đó là lý do tại sao chúng tôi muốn hiểu chính xác quá trình xúc tác này diễn ra như thế nào.

Trong quá khứ, nhiều hợp chất đã được sản xuất trên toàn thế giới được mô phỏng hóa học dựa trên các hydrogenase có trong tự nhiên. Bằng cách hợp tác với trường đại học Milan, Weigand và nhóm của ông ở Jena hiện đã sản xuất một hợp chất mang lại những hiểu biết hoàn toàn mới về quá trình xúc tác.

"Về bản chất, mô hình của chúng tôi dựa trên một phân tử có chứa hai nguyên tử sắt. Tuy nhiên, so với dạng tự nhiên, chúng tôi đã thay đổi môi trường hóa học của sắt theo một cách cụ thể. Nói chính xác, một amin đã được thay thế bằng một phosphine oxit có các tính chất hóa học tương tự. Do đó, chúng tôi đã đưa nguyên tố phốt pho vào sử dụng. "

Điều này cho phép Weigand và nhóm của ông hiểu rõ hơn về quá trình hình thành hydro. Nước được cấu tạo bởi các proton mang điện tích dương và các ion hydroxit tích điện âm.

Weigand nói: “Mục tiêu của chúng tôi là tìm hiểu cách những proton này tạo thành hydro. Tuy nhiên, chất cho proton trong các thí nghiệm của chúng tôi không phải là nước, mà là một loại axit. Ông cho biết thêm: "Chúng tôi quan sát thấy rằng proton của axit được chuyển sang oxit phosphine trong hợp chất của chúng tôi, sau đó là sự giải phóng proton cho một trong các nguyên tử sắt. Một quá trình tương tự cũng sẽ được tìm thấy trong biến thể tự nhiên của phân tử". Để cân bằng điện tích dương của proton và cuối cùng tạo ra hydro, các electron mang điện tích âm đã được đưa vào dưới dạng dòng điện. Với sự trợ giúp của phần mềm mô phỏng và đo vôn theo chu kỳ được phát triển tại Đại học Jena, các bước riêng lẻ trong đó các proton này cuối cùng đã bị khử thành hydro tự do.

Weigand cho biết: “Trong quá trình thử nghiệm, chúng tôi thực sự có thể thấy khí hydro bốc lên từ dung dịch trong các bong bóng nhỏ. Weigand cho biết thêm: “Dữ liệu đo thực nghiệm từ phép đo vôn theo chu kỳ và kết quả mô phỏng sau đó được sử dụng bởi nhóm nghiên cứu ở Milan cho các tính toán hóa học lượng tử. "Điều này cho phép chúng tôi đề xuất một cơ chế hợp lý cho cách toàn bộ phản ứng tiến hành hóa học để tạo ra hydro. Điều này chưa từng được thực hiện trước đây với mức độ chính xác này." Nhóm đã công bố kết quả và lộ trình phản ứng được đề xuất trên tạp chí ACS Catallysis.

Dựa trên những phát hiện này, Weigand và nhóm của ông hiện muốn phát triển các hợp chất mới không chỉ có thể sản xuất hydro theo cách tiết kiệm năng lượng mà còn sử dụng các nguồn năng lượng bền vững.

Weigand giải thích: "Với kiến ​​thức thu được từ nghiên cứu của mình, chúng tôi hiện đang nghiên cứu thiết kế và nghiên cứu các chất xúc tác mới dựa trên các hydrogenase, cuối cùng được kích hoạt bằng năng lượng ánh sáng."

Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210622123226.htm