Een chemicus van RUDN gebruikte als eerste katalysatoren met ruthenium-nanodeeltjes om onder invloed van zichtbaar licht en UV-straling waterstof te verkrijgen. In de toekomst, dergelijke katalysatoren kunnen worden gebruikt voor grootschalige productie van waterstofbrandstof onder invloed van zonlicht. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Toegepaste Katalyse B:Milieu .

Fotochemische reacties behoren tot de meest milieuvriendelijke manieren om 'groene brandstof' te produceren. Het verwarmen van de grondstoffen kost niet veel energie en vereist geen hoge druk. Het handhaven van de snelheid van de reactie vereist alleen licht en fotokatalysatoren. Fotokatalysatoren op basis van platina, goud en palladium zijn zeer efficiënt in fotochemische reacties zoals waterstofextractie uit biomassaderivaten zoals alcoholen. Echter, deze metalen zijn duur, en wetenschappers zoeken naar goedkopere fotokatalysatoren.

Samen met hun Spaanse collega's, RUDN-chemici bestudeerden de fotokatalytische activiteit van titaniumdioxide verrijkt met rutheniumdeeltjes. Het was de eerste keer dat ze werden gebruikt om waterstof te verkrijgen. De chemici volgden de invloed van een op titaniumdioxide gebaseerde ruthenium-nanokatalysator op de emissie van waterstof uit een methanol-watermengsel. Het team bestudeerde vier katalysatoren (met 1 procent, 2 procent, 3 procent, en 5 procent rutheniumgehalte), en elk van hen werd getest in twee soorten reacties:in de aanwezigheid van zichtbaar licht en UV-straling.

Eerder, systemen van titaandioxide en ruthenium werden zelden gebruikt. Daarom, het was belangrijk om hun samenstelling en optische eigenschappen te karakteriseren, inclusief kwantumefficiëntie. Dit geeft de lichtgevoeligheid van een materiaal aan en wordt berekend als een verhouding van het totale aantal fotonen dat de vorming van vrije elektronen in een materiaal veroorzaakt en het totale aantal geabsorbeerde fotonen. Dit is de belangrijkste parameter die wordt gebruikt om de fotokatalytische activiteit van stoffen te vergelijken.

Experimenten hebben aangetoond dat de activiteit van rutheniumhoudende fotokatalysatoren onder UV-straling vergelijkbaar is met die van platina en palladiumanalogen. De kwantumefficiëntie van op platina of palladium gebaseerde verbindingen, berekend op basis van andere onderzoeken, bedraagt ​​1,9 procent tot 5,1 procent, en de resultaten van ruthenium-fotokatalysatoren blijven binnen dit bereik. De beste waarde (3,1 procent) werd berekend voor het systeem met 3 procent rutheniumgehalte. Gezien de lage prijs van rutheniumkatalysatoren, ze zijn veelbelovend voor industrieel gebruik. De activiteit van rutheniumkatalysatoren onder zichtbaar licht was vrij laag - de kwantumefficiëntie was niet hoger dan 0,6 procent, maar de auteurs verwachten dat het onder zonlicht tot 1,1 procent zal toenemen. De wetenschappers zijn al begonnen met het verifiëren van deze hypothese.

"Onze katalysatoren op basis van titaandioxide en ruthenium bleken universele systemen en hielpen ons om waterstof in voldoende hoeveelheden te verkrijgen, zowel onder invloed van UV-licht als zichtbaar licht, " legt Raphael Luke uit, directeur van het Centre for Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine, en een visiting scholar aan RUDN. "Na de reactie tussen licht en stof te hebben gemodelleerd en de kwantumefficiëntie van al onze monsters te hebben berekend, we begrepen dat de sleutelrol in de activiteit van de katalysator werd gespeeld door de onderlinge reactie tussen ruthenium- en titaniumdioxidedeeltjes, vooral door de concentratie van rutheniumdeeltjes en mogelijk zijn verbindingen met zuurstof op het oppervlak van het materiaal. Het exacte mechanisme van dit fenomeen moet nog worden ontdekt. We zetten onze studies voort en experimenteren momenteel met het verkrijgen van waterstof onder zonlicht in Spanje en Rusland."