Медьсодержащий катализатор для водородной энергетики

А.И. Курамшин

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.

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...