Leiden-kemisterna Marc Koper och Ian McCrum har upptäckt att graden i vilken en metall binder till vattnets syreatom är avgörande för hur väl den kemiska omvandlingen av vatten till molekylärt väte sker. Denna insikt hjälper till att utveckla bättre katalysatorer för produktion av hållbart väte, en viktig råvara för den kemiska industrin och det bränsle som behövs för miljövänliga vätebilar. Publicering i Naturenergi .

I flera år har det varit en het debatt i litteraturen:hur kan man påskynda den elektrokemiska produktionen av väte på platinaelektroder i en alkalisk miljö? Kemisten Ian McCrum tittade på från sidlinjen och drog slutsatsen att en del av debatten orsakades av att debattörerna tittade på lite olika elektroder, gör resultaten ojämförliga. Dags att ändra på det, McCrum tänkte, som var en LEADING Fellow postdoc i gruppen av professor Marc Koper vid den tiden.

Platina kristall

McCrum, som nu arbetar i Amerika, använde en speciell platinakristall. För att förstå vad som är så speciellt med denna kristall, vi måste zooma in på ytan av platina. Detta är inte platt och slätt, men oregelbunden med små steg och veck. Och det är just vid dessa oegentligheter som kemiska reaktioner äger rum. McCrum designade den speciella kristallen på ett sådant sätt att ytan har samma antal av dessa ojämnheter i hela kristallen. Han dekorerade sedan kanterna med olika metaller, såsom rutenium och molybden. På det här sättet, han såg till att alla elektroder hade exakt samma atomstruktur, men varje gång med en annan metall i kanterna. Detta gjorde det möjligt för honom att variera interaktionen mellan elektroden och vattnets syreatom på ett systematiskt och väldefinierat sätt.

Då började mätningarna, med ett överraskande resultat. Marc Koper säger, "Vårt genombrott är att det verkar finnas en tydlig koppling mellan elektrodens aktivitet för att tillverka väte och i vilken grad metallen i kanten binder till vattenets syreatom." Den senare är också känd som oxofilicitet, med oxofil som bokstavligen betyder syreälskande. "Vi har till och med funnit ett optimalt för denna oxofilitet, "säger Koper." Vi har nu definitivt fastställt att oxofiliciteten hos ytan spelar en mycket viktig roll vid elektrolys. "Forskarna utvecklade också en modell för att förklara förekomsten av detta optimalt.

Mot hållbart väte

Fynden är ett stort steg framåt i den vetenskapliga debatten. Koper säger, "Denna nya kunskap är viktig inom vårt område. Eftersom vi har hittat ett optimum inom oxofilicitet, vi kan leta mer specifikt efter bättre katalysatorer för hållbar produktion av väte."