חוקרים מאוניברסיטת אילינויס (the University of Illinois at Urbana-Champaign) מדווחים בבטאון Angewandte Chemie על חומר אלקטרו-קטליטי יעיל במיחוד שהוכן בערבוב תרכובות מתכתיות עם חומצה פרכלורית (על-כלורתית) HClO ₄ .

כדי לשבור מולקולות מים לאטומי מימן וחמצן משתמשים במתקני אלקטרוליזה שמרכיביהם היעילים ביותר הם חומצות קורוזיביות ואלקטרודות הבנויות מתחמוצות אירידיום או רותניום. אירידיום חמצני אמנם יציב יותר אבל המתכת אירידיום היא אחת מהנדירות ביותר על בכדור הארץ ולכן חוקרים מחפשים חומר אלטרנטיבי.

"ברוב המחקרים הקודמים השתמשו באלקטרולייזר שעשוי משני יסודות – מתכת וחמצן", אמר הונג יאנג (Hong Yang), שותף למאמר ופרופ' להנדסה כימית וביו-מולקולרית באילינויס. "לא מזמן גילינו במחקר ששילוב שתי המתכות איטריום ורותניום עם חמצן, מגדיל את קצב פירוק המים".

יאו קין (Yao Qin), שותף למאמר וחבר מקודם בקבוצה של יאנג, בצע ניסויים בהם השתמש בחומצות שונות ובחימום לטמפ' גבוהות כדי להגדיל את קצב התגובה.

החוקרים גילו שכאשר השתמשו בחומצה פרכלורית כזרז ואפשרו לתערובת להגיב בחום השתנו תכונותיו הפיסיקליות הטבעיות של התוצר איטריום רותנאט. "החומר הפך לנקבובי יותר והיה לו מבנה גבישי חדש, שונה מכל הזרזים שהפקנו קודם לכן", אמר ז'אמין קים (Jaemin Kim), המחבר הראשי של המאמר וחוקר פוסט-דוקטורנט. "מבנה פורוזיבי הוא הרצוי ביותר בגלל האקטיביות הגדולה שהוא מקדם באלקטרו-זרזים", אמר יאנג. נקבוביות אלה ניתנות ליצור באופן סינתטי עם תבניות בגודל ננומטרי ועם חומרי גלם המשמשים לייצור קרמיקה, אלא שהם לא מחזיקים מעמד בטמפרטורות הגבוהות הדרושות להכנת זרזים מוצקים באיכות גבוהה".

יאנג וצוותו בחנו במיקרוסקופ אלקטרוני את מבנה החומר החדש וגילו שתכולת הנקבוביות בו גדולה פי 4 מזו שבאיטריום רותנאט שהופק במחקר קודם, ופי 3 מתחמוצות אירידיום ורותניום המסחריות.

"הופתענו לגלות שהחומצה שבחרנו כזרז לתגובה זו שיפרה את מבנה החומר של האלקטרודות. השימוש בחומצה באקראי יצא בר-מזל."

בשלבים הבאים הקבוצה תבנה מתקן בקנה מידה מעבדתי לבדיקות נוספות ולהמשך שיפור יציבות האלקטרודה בסביבה חומצית. לדברי יאנג, היציבות של אלקטרודות בחומצה תמיד תהווה בעיה, אבל הם חשים שהגיעו למשהו חדש ושונה בהשוואה לעבודות אחרות בשטח זה.

מעבר לדלק מימני נקי

מקורות

• New, highly stable catalyst may help turn water into fuel 
• Materials provided by University of Illinois at Urbana-Champaign