Розкрито секрет молекул води: вчені знайшли спосіб створити дешеве водневе паливо

Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications, пише Interesting Engineering.

Розщеплення молекул води є чудовим способом для створення водневого палива, яке здатне замінити традиційні види палива, створені з викопних джерел. Хоча процес розщеплення води здається простим у теорії, на практиці він виявляється менш ефективним і вимагає значно більше енергії, ніж передбачає теорія. Тепер хіміки виявили в чому причина.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами вчених, під час розщеплення молекул води відбувається дві реакції. Реакцію, внаслідок якої можна відокремити кисень, провести складно і вона потребує більше енергії, ніж показують теоретичні розрахунки. Теорія каже, що потрібна напруга приблизно в 1,2 вольта, але насправді необхідно 1,5-1,6 вольта. У підсумку це більш витратний процес, адже потрібно більше енергії, а тому розщеплення води молекул не відбувається у великих масштабах.

Хіміки вирішили з'ясувати, чому для розщеплення води потрібно так багато енергії і що заважає виробляти менш витратну реакцію. Для цього вчені нанесли воду на електроди і вивчили положення молекул. Вони виявили, що після того, як на електрод було подано напругу, то молекули води перевернулися. Як електроди вчені використовували багатий залізом мінерал, відомий як гематит.

Через те, що електрод негативно заряджений, молекули води спрямовують свої позитивно заряджені атоми водню до поверхні електрода. Але в цьому випадку перенесення електронів від атомів кисню до активної ділянки електрода блокується.

Хіміки виявили, що під час сильного електричного поля, воно змушує молекули води перевертатися, і атоми кисню в цьому разі вказують на поверхню електрода. Після цього атоми водню йдуть і електрони кисню можуть переміщатися до електрода.

Вчені виявили, що молекули води легше перевертати за певних умов щодо pH води. Перевертання за вищого pH призводило до більш ефективної реакції. За нижчого pH перевертання стає більш витратним з точки зору енергії.

Дослідження показує, що така поведінка молекул води, коли вони перевертаються, є ключовим енергетичним бар'єром для виділення кисню, а це критична реакція під час розщеплення води.

З огляду на нові дані вчені вважають, що це відкриває нові можливості для зниження вартості виробництва водневого палива.

Хіміки кажуть, що створивши нові каталізатори, які полегшують перевертання молекул води, можна зробити розщеплення молекул води ефективним та економним з погляду витраченої енергії та грошей.

Для того, щоб перейти до масштабного використання водневого палива і відмовитися від викопного палива, необхідно використовувати матеріали з правильними електрокаталітичними і оптичними властивостями, а також сонячне випромінювання, вважають хіміки.

Хоча ще потрібно застосовувати струм для виконання електрохімічних реакцій, частинки світла дають змогу застосовувати меншу напругу. І що менша напруга, то дешевшим стає водневе паливо.

Як уже писав Фокус, а Чумацькому Шляху виявлено нову форму матерії і вона вирішує дві загадки нашої галактики. Уже кілька десятиліть астрофізики не можуть пояснити два загадкових явища в центрі Чумацького Шляху. Одне явище пов'язане з іонізацією водню, інше — із загадковим випромінюванням.

Також Фокус писав про те, що вчені виявили вперше як газ може в один і той самий час бути рідиною.