Медьсодержащий катализатор для водородной энергетики

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №3)

pic_2019_03_11.jpg

При расщеплении воды в нейтральной среде новый медьпорфириновый комплекс катализирует образование кислорода, в кислой — перекиси водорода

Новый медьсодержащий комплекс, идею строения которого подсказала природа, эффективно расщепляет воду в нейтральной среде. Это открытие может сделать более доступным получение водорода с помощью восстановления воды («Chem. Sci.», 2019; doi: 10.1039/c8sc04529a, полный текст).

Молекулярный водород давно рассматривают как альтернативу нефти и газу. Единственный продукт сгорания водорода — вода, которая сама может быть источником водорода. Многие исследовательские группы по всему миру стараются разработать катализаторы, способные понизить энергию восстановления воды до молекулярного водорода и облегчить протекание этой реакции. Наиболее эффективные катализаторы расщепления воды в настоящее время — координационные соединения рутения и иридия. К недостаткам обоих металлов можно отнести их низкие концентрации в земной коре и высокую стоимость.

Новое исследование демонстрирует, что в присутствии порфиринового комплекса меди электрокаталитическое расщепление воды происходит при нейтральных значениях рН и при низком значении электродного потенциала. При 310 мВ и рН 7 вода окисляется с выделением молекулярного кислорода, а в кислой среде (при том же электродном потенциале) — до перекиси водорода. Хотя медный комплекс и не превосходит по производительности комплексы благородных металлов, все же это большой шаг вперед — меньшая эффективность производных меди компенсируется ее большей распространенностью и дешевизной. Катализаторы расщепления воды на основе меди были известны и ранее, но они работали в сильнощелочной среде и при большом значении электродного потенциала.

Исследователи исходили из того, что в процессе фотосинтеза ключевую роль в окислении воды и выделении кислорода играет магнийпорфириновый комплекс. А гем-протеины, в активных центрах которых находятся железопорфириновые комплексы, например цитохром P450, играют важную роль во многих биологических процессах, в которых происходит активация кислорода. Тем не менее способность медьпорфиринового комплекса катализировать окисление воды оказалась приятной неожиданностью для многих химиков — как специалистов по химии порфириновых комплексов, так и тех, кто занимался расщеплением воды. Еще одна необычная черта этого катализатора — окисление воды до перекиси водорода при низких значениях рН. Этот процесс не стоит рассматривать как новый способ получения H2O2, и все же он требует внимания. Установив, как образуется перекись водорода, исследователи смогут определить механизм этой каталитической реакции и выяснить, как повысить эффективность расщепления воды.

123

Разные разности

30.03.2021 18:00:00

…в ЦЕРНе создали новый сверхчувствительный инструмент для поиска аксионов — гипотетических элементарных частиц, образующих темную материю…

…созданы контактные линзы с золотыми наночастицами для коррекции формы дальтонизма, при которой человек не различает зеленый и красный цвета…

…древнейший духовой инструмент из раковины, сделанный в палеолите, 17 000 лет назад, издает три ноты — до, ре и до-диез…

>>
23.03.2021 18:00:00

Ученые из США и Аргентины исследовали влияние фаз Луны на сон человека.

>>
17.03.2021 18:00:00

Почему подгорает пища? Оказывается, несмотря на тысячелетия работы, человечество до недавнего времени не знало ответа на этот простой вопрос. Ясность внес творческий коллектив исследователей из Чешской академии наук.

>>
01.03.2021 16:00:00

…в Намибии впервые обнаружены два карликовых жирафа ростом 2,8 и 2,6 м

…семнадцать землетрясений с магнитудой M ≥ 6,5 в 1994–2017 гг. произошли в течение двух суток после 50 сильнейших магнитных бурь

…создан хирургический микробот в корпусе размером 6×16 мм, который управляет оптоволоконным лазером и может быть интегрирован в существующие эндоскопические инструменты…

>>
23.02.2021 16:00:00

Кобчик — маленький сокол, который прилетает к нам из Африки в мае. Однако его поголовье падает, и поэтому Союз охраны птиц России объявил его птицей 2021 года, года Кобчика.

>>