Des chimistes de l’Université du Kansas et du Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l’énergie ont fait un grand pas en avant vers la séparation des molécules d’hydrogène et d’oxygène pour fabriquer de l’hydrogène pur, sans utiliser de combustibles fossiles.
Les résultats d’expériences de radiolyse pulsée ont mis à nu le mécanisme de réaction complet pour un groupe significant de catalyseurs de “division de l’eau”. Les travaux de KU et de Brookhaven signifient que les scientifiques sont in addition proches de la fabrication d’hydrogène pur à partir d’énergie renouvelable, une source d’énergie qui pourrait contribuer à un avenir as well as vert pour la nation et le monde.
Leurs conclusions paraissent cette semaine dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
“Comprendre remark les réactions chimiques qui font fonctionner des carburants propres comme l’hydrogène est très difficile – cet write-up représente l’aboutissement d’un projet que j’ai commencé au cours de ma toute première année à KU”, a déclaré le co-auteur James Blakemore, professeur agrégé de chimie, dont la recherche dans Lawrence forme la base de la découverte.
“Notre post présente des données qui ont été durement acquises grâce à des techniques spécialisées pour comprendre remark un particular catalyseur pour la génération d’hydrogène fait le travail”, a-t-il déclaré. “Les methods qui ont été utilisées à la fois ici à KU et à Brookhaven sont assez spécialisées. Leur mise en œuvre nous a permis d’avoir une graphic complète de la façon de fabriquer de l’hydrogène à partir de ses composants, protons et électrons.”
Les recherches de Blakemore à KU ont été à la foundation de la percée. Il a emmené son travail à Brookhaven pour des recherches utilisant la radiolyse pulsée, ainsi que d’autres techniques, dans leur Accelerator Middle for Electrical power Exploration. Brookhaven est l’un des deux seuls endroits du pays à héberger des équipements permettant des expériences de radiolyse pulsée.
“Il est très uncommon que vous puissiez avoir une compréhension complète d’un cycle catalytique complet”, a déclaré le chimiste de Brookhaven, Dmitry Polyansky, co-auteur de l’article. “Ces réactions passent par de nombreuses étapes, dont certaines sont très rapides et ne peuvent pas être facilement observées.”
Blakemore et ses collaborateurs ont fait la découverte en étudiant un catalyseur à foundation d’un complexe de pentaméthylcyclopentadiényl rhodium, qui est [Cp*Rh] pour faire court docket. Ils se sont concentrés sur le ligand Cp * (prononcé CP-“étoile”) associé au métal unusual rhodium en raison d’indices de travaux antérieurs montrant que cette combinaison conviendrait au travail.
“Notre système au rhodium s’est avéré être une bonne cible pour la radiolyse pulsée”, a déclaré Blakemore. “Les ligands Cp *, comme on les appelle, sont familiers à la plupart des chimistes organométalliques, et vraiment aux chimistes de tous bords. Ils sont utilisés pour supporter de nombreux catalyseurs et peuvent stabiliser une variété d’espèces impliquées dans les cycles catalytiques. Une découverte clé de cet short article donne un nouvel aperçu de la façon dont le ligand Cp* peut être intimement impliqué dans la chimie de l’évolution de l’hydrogène.”
Mais Blakemore a souligné que les découvertes pourraient conduire à d’autres processus chimiques améliorés en plus de produire de l’hydrogène propre.
“Dans notre travail, nous espérons que les chimistes verront une étude sur la façon dont un ligand commun, Cp*, peut permettre une réactivité inhabituelle”, a déclaré le chercheur de la KU. “Cette réactivité inhabituelle est pertinente pour l’histoire de l’hydrogène, mais elle est en fait in addition importante que cela vehicle le Cp* se trouve dans de nombreux catalyseurs différents. Les chimistes pensent normalement que les catalyseurs sont à base de métaux. Dans cette façon de penser, si vous fabriquez une nouvelle molécule, le métal est l’acteur clé qui rassemble les éléments constitutifs. Notre short article montre que ce n’est pas toujours le cas. Le Cp* peut être impliqué dans l’assemblage des pièces pour former des produits.
Blakemore a déclaré qu’il espérait que cet write-up pourrait être une ouverture qui conduirait à des améliorations dans d’autres catalyseurs et systèmes qui reposent sur des ligands Cp*. La percée, qui a été soutenue par la National Science Basis et le DOE Business office of Science, pourrait s’appliquer in addition largement à la chimie industrielle. Blakemore travaille maintenant sur l’application de approaches comme celles utilisées dans ce travail au développement de nouvelles approches pour le recyclage des combustibles nucléaires et la manipulation des espèces d’actinides.
Les étudiants de la KU aux niveaux des cycles supérieurs et du premier cycle ont également été impliqués dans la recherche qui a soutenu la percée.
“Ce projet était un véhicule de formation très crucial pour les étudiants”, a déclaré Blakemore. “L’étudiant diplômé Wade Henke, le leading auteur, est maintenant au Laboratoire national d’Argonne en tant que postdoctorant. L’étudiant diplômé Yun Peng est le deuxième auteur et a lancé le travail conjoint avec Brookhaven tous deux ont maintenant terminé leur doctorat. Les étudiants de premier cycle ont également contribué à ce projet au fil des ans, fournissant de nouveaux complexes et aperçus que nous avons utilisés pour encadrer l’histoire qui a émergé dans cet short article.
“Dans l’ensemble, je considère qu’il s’agit d’un projet réussi et qui a été un véritable travail d’équipe au fil des ans.”
