Gli scienziati sanno da tempo che il platino è di gran lunga il miglior catalizzatore per scindere le molecole d'acqua per produrre gas idrogeno. Un nuovo studio dei ricercatori della Brown University mostra perché il platino funziona così bene, e non è il motivo per cui è stato ipotizzato.

La ricerca, pubblicato in Catalisi ACS , aiuta a risolvere una questione di ricerca quasi centenaria, dicono gli autori. E potrebbe aiutare nella progettazione di nuovi catalizzatori per la produzione di idrogeno più economici e più abbondanti del platino. Ciò potrebbe in definitiva aiutare a ridurre le emissioni dei combustibili fossili.

"Se riusciamo a capire come produrre idrogeno in modo economico ed efficiente, apre le porte a molte soluzioni pragmatiche per combustibili e prodotti chimici senza fossili, " ha detto Andrew Peterson, professore associato presso la Brown's School of Engineering e autore senior dello studio. "L'idrogeno può essere utilizzato nelle celle a combustibile, combinato con CO2 in eccesso per produrre carburante o combinato con azoto per produrre fertilizzante ammoniacale. C'è molto che possiamo fare con l'idrogeno, ma per rendere la scissione dell'acqua una fonte di idrogeno scalabile, abbiamo bisogno di un catalizzatore più economico."

La progettazione di nuovi catalizzatori inizia con la comprensione di ciò che rende il platino così speciale per questa reazione, Peterson dice, ed è quello che questa nuova ricerca mirava a capire.

Il successo del platino è stato a lungo attribuito alla sua energia di legame "Riccioli d'oro". I catalizzatori ideali trattengono le molecole che reagiscono né in modo troppo lasco né troppo stretto, ma da qualche parte nel mezzo. Legano le molecole in modo troppo lasco ed è difficile avviare una reazione. Legateli troppo strettamente e le molecole si attaccano alla superficie del catalizzatore, rendendo difficile completare una reazione. L'energia di legame dell'idrogeno sul platino sembra bilanciare perfettamente le due parti della reazione di scissione dell'acqua, e quindi la maggior parte degli scienziati ha creduto che fosse quell'attributo che rendeva il platino così buono.

Ma c'erano ragioni per chiedersi se quell'immagine fosse corretta, dice Peterson. Per esempio, un materiale chiamato bisolfuro di molibdeno (MoS2) ha un'energia di legame simile al platino, eppure è un catalizzatore di gran lunga peggiore per la reazione di scissione dell'acqua. Ciò suggerisce che l'energia vincolante non può essere la storia completa, dice Peterson.

Per scoprire cosa stava succedendo, lui ei suoi colleghi hanno studiato la reazione di scissione dell'acqua sui catalizzatori al platino utilizzando un metodo speciale che hanno sviluppato per simulare il comportamento dei singoli atomi ed elettroni nelle reazioni elettrochimiche.

L'analisi ha mostrato che gli atomi di idrogeno che sono legati alla superficie del platino all'energia di legame "Riccioli d'oro" in realtà non partecipano affatto alla reazione quando la velocità di reazione è elevata. Anziché, si annidano all'interno dello strato cristallino superficiale del platino, dove restano spettatori inerti. Gli atomi di idrogeno che partecipano alla reazione sono molto più debolmente legati rispetto alla presunta energia "Riccioli d'oro". E invece di annidarsi nel reticolo, si siedono sopra gli atomi di platino, dove sono liberi di incontrarsi per formare gas H2.

È quella libertà di movimento degli atomi di idrogeno sulla superficie che rende il platino così reattivo, concludono i ricercatori.

"Ciò che ci dice è che cercare questa energia di legame 'Riccioli d'oro' non è il giusto principio di progettazione per la regione ad alta attività, " ha detto Peterson. "Suggeriamo che la progettazione di catalizzatori che mettano l'idrogeno in questo stato altamente mobile e reattivo è la strada da percorrere".