Een internationale samenwerking tussen onderzoekers in Spanje en Schotland heeft geresulteerd in een nieuwe aanpak om de katalysatoren te verbeteren die nodig zijn om de waterstofevolutiereactie (HER) uit te voeren. De reactie, waarin water wordt omgezet in waterstof en zuurstof, is een veelbelovend alternatief voor de afhankelijkheid van de mensheid van fossiele brandstoffen om aan de energiebehoefte te voldoen.

De resultaten, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , demonstreren dat moleculaire HER-katalysatoren op een efficiënte manier kunnen werken, terwijl ze het fundamentele belang benadrukken van het begrijpen van de onderliggende katalysator-water-interacties en de fijne balans van talrijke parameters die de evolutie van waterstof beïnvloeden.

Carles Bo, groepsleider bij het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië (ICIQ), is een van de hoofdauteurs van het papier. Hij zei:"We proberen katalysatoren te vinden die goedkoper zijn dan de katalysatoren op basis van edelmetaal die nu worden gebruikt, om de productie van waterstof uit water economisch haalbaar te maken.

"Deze bevindingen zullen de ontwikkeling van een op waterstof gebaseerde economie versnellen."

De combinatie van theoretische en experimentele benaderingen heeft de wetenschappers in staat gesteld om mechanistische inzichten te verkrijgen in de waterstofevolutiereactie en om te onderzoeken hoe de nieuwe katalysatoren werken.

Dr. Haralampos Miras, hoofddocent aan de School of Chemistry van de Universiteit van Glasgow, zei:"We zijn geïnteresseerd in het maken van moleculen die zijn ontworpen om uitdagende taken aan te pakken, zoals de evolutie van waterstof uit water en om te begrijpen hoe deze moleculen werken."

MoS ₂ is een veelbelovend materiaal voor de elektrokatalytische opwekking van waterstof uit water. Echter, het afstemmen van het 2D-materiaal voor een efficiënte katalysator-water-interactie is geen triviale zaak. Hier, de wetenschappers hebben MoS2 als uitgangspunt gebruikt om moleculaire analogen te ontwerpen die de katalytisch actieve plaatsen nabootsen en een groot aantal ervan blootleggen.

De familie van moleculaire katalysatoren die in het artikel wordt beschreven, is ontworpen met behulp van modulaire benaderingen die zorgen voor een efficiënte interactie tussen de katalytische locaties en de watermoleculen - terwijl dure edelmetalen worden vermeden. Het feit dat de synthese van de nieuwe katalysatoren in de open lucht en in een eenvoudig tweestapsproces wordt uitgevoerd, wijst op het potentieel van de benaderingen voor schaalbaarheid en de economische levensvatbaarheid ervan om te concurreren met de modernste op platina gebaseerde katalysatoren.

Het resultaat van de door de EU gefinancierde COST Action Polyoxometalate Chemistry for Molecular Nanoscience (PoCheMoN), de wetenschappers hebben een aantal jaren samengewerkt om de aanpak te ontwikkelen die in de paper wordt onthuld.

Dr. Miras voegde toe:"Het wordt zelfs voor de meest sceptische leden van publieke en politieke figuren duidelijk dat de uitputting van fossiele brandstoffen en de ongekende gevolgen voor het milieu die we nu al ervaren, dringende en doortastende maatregelen vereisen. Ons werk maakt deel uit van een wereldwijde inspanning voor een op waterstof gebaseerde economie. We verwachten dat deze bevindingen een startpunt zijn voor verdere verkenning van moleculaire katalytische systemen en anderen inspireren in een poging om uitdagende wetenschappelijke problemen aan te pakken."