Ett internationellt samarbete mellan forskare i Spanien och Skottland har resulterat i ett nytt tillvägagångssätt för att förbättra de katalysatorer som behövs för att genomföra väteutvecklingsreaktionen (HER). Reaktionen, där vatten omvandlas till väte och syre, är ett lovande alternativ till mänsklighetens beroende av fossila bränslen för att tillfredsställa energikraven.

Resultaten, publiceras i Naturkommunikation , demonstrera att molekylära HER-katalysatorer kan fungera på ett effektivt sätt samtidigt som man lyfter fram den grundläggande betydelsen av att förstå de underliggande katalysator-vatten-interaktionerna och den fina balansen av många parametrar som påverkar utvecklingen av väte.

Carles Bo, gruppledare vid Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ), är en av huvudförfattarna på tidningen. Han sa:"Vi försöker hitta billigare katalysatorer än de ädelmetallbaserade som används just nu, att göra produktionen av väte från vatten ekonomiskt lönsam.

"Dessa resultat kommer att påskynda utvecklingen av en vätebaserad ekonomi."

Kombinationen av teoretiska och experimentella tillvägagångssätt har gjort det möjligt för forskarna att få några mekanistiska insikter i väteutvecklingsreaktionen och att utforska hur de nya katalysatorerna fungerar.

Dr Haralampos Miras, universitetslektor vid University of Glasgows School of Chemistry, sa:"Vi är intresserade av att göra molekyler utformade för att hantera utmanande uppgifter som utvecklingen av väte från vatten och förstå hur dessa molekyler fungerar."

MoS ₂ är ett lovande material för elektrokatalytisk generering av väte från vatten. Dock, Att justera 2D-materialet för en effektiv interaktion mellan katalysator och vatten är ingen trivial sak. Här, forskarna har använt MoS2 som utgångspunkt för att designa molekylära analoger som efterliknar dess katalytiskt aktiva platser samtidigt som de exponerar ett stort antal av dem.

Familjen av molekylära katalysatorer som beskrivs i artikeln utformades med modulära metoder som säkerställer en effektiv interaktion mellan de katalytiska platserna och vattenmolekylerna – samtidigt som man undviker dyra ädelmetaller. Det faktum att de nya katalysatorernas syntes utförs öppet i luften och i en enkel tvåstegsprocess, antyder tillvägagångssättens potential för skalbarhet och dess ekonomiska bärkraft att konkurrera med toppmoderna platinabaserade katalysatorer.

Resultatet av den EU-finansierade COST Action Polyoxometalate Chemistry for Molecular Nanoscience (PoCheMoN), forskarna har arbetat tillsammans i flera år för att utveckla det tillvägagångssätt som avslöjas i tidningen.

Dr Miras tillade:"Det blir uppenbart även för de mest skeptiska medlemmarna av offentliga och politiska personer att de uttömmande fossila bränslereserverna och de aldrig tidigare skådade miljökonsekvenserna som vi redan upplever, kräver brådskande och beslutsamma åtgärder. Vårt arbete är en del av en världsomspännande strävan mot en vätebaserad ekonomi. Vi förväntar oss att dessa resultat kommer att vara en startpunkt för ytterligare utforskning av molekylära katalytiska system och inspirera andra i ett försök att ta itu med utmanande vetenskapliga frågor."