I chimici di Leiden Marc Koper e Ian McCrum hanno scoperto che il grado in cui un metallo si lega all'atomo di ossigeno dell'acqua è decisivo per l'efficacia della conversione chimica dell'acqua in idrogeno molecolare. Questa intuizione aiuta a sviluppare catalizzatori migliori per la produzione di idrogeno sostenibile, un'importante materia prima per l'industria chimica e il carburante necessario per le automobili a idrogeno rispettose dell'ambiente. Pubblicazione in Energia della natura .

Da anni c'è un acceso dibattito in letteratura:come velocizzare la produzione elettrochimica di idrogeno su elettrodi di platino in ambiente alcalino? Il chimico Ian McCrum ha osservato da bordo campo e ha concluso che parte del dibattito è stato causato dal fatto che gli oratori stavano guardando elettrodi leggermente diversi, rendendo i risultati incomparabili. È ora di cambiarlo, McCrum pensò, che all'epoca era un Leading Fellow postdoc nel gruppo del professor Marc Koper.

Cristallo di platino

McCrum, che ora lavora in America, utilizzato uno speciale cristallo di platino. Per capire cosa c'è di così speciale in questo cristallo, dobbiamo ingrandire la superficie del platino. Questo non è piatto e liscio, ma irregolare con piccoli passi e pieghe. Ed è proprio su queste irregolarità che avvengono le reazioni chimiche. McCrum ha progettato il cristallo speciale in modo tale che la superficie abbia lo stesso numero di queste irregolarità in tutto il cristallo. Ha poi decorato i bordi con diversi metalli, come rutenio e molibdeno. In questo modo, assicurò che tutti gli elettrodi avessero esattamente la stessa struttura atomica, ma ogni volta con un metallo diverso nei bordi. Questo gli ha permesso di variare l'interazione dell'elettrodo con l'atomo di ossigeno dell'acqua in modo sistematico e ben definito.

Sono quindi iniziate le misurazioni, con un esito sorprendente. Marc Capodistria dice, "La nostra scoperta è che sembra esserci un chiaro legame tra l'attività dell'elettrodo per produrre idrogeno e il grado in cui il metallo nel bordo si lega all'atomo di ossigeno dell'acqua". Quest'ultimo è anche noto come ossofilia, con ossofilo che letteralmente significa amante dell'ossigeno. "Abbiamo persino trovato un ottimo per questa ossofilia, ", afferma Koper. "Abbiamo ora definitivamente stabilito che l'ossofilia della superficie svolge un ruolo molto importante nell'elettrolisi". Gli scienziati hanno anche sviluppato un modello per spiegare l'esistenza di questo ottimo.

Verso l'idrogeno sostenibile

I risultati sono un grande passo avanti nel dibattito scientifico. Capodistria dice, "Questa nuova conoscenza è importante nel nostro campo. Poiché abbiamo trovato un valore ottimale nell'ossofilia, possiamo cercare in modo più specifico catalizzatori migliori per la produzione sostenibile di idrogeno".