Leidse chemici Marc Koper en Ian McCrum hebben ontdekt dat de mate waarin een metaal zich bindt aan het zuurstofatoom van water bepalend is voor hoe goed de chemische omzetting van water naar moleculaire waterstof plaatsvindt. Dit inzicht helpt bij het ontwikkelen van betere katalysatoren voor de productie van duurzame waterstof, een belangrijke grondstof voor de chemische industrie en de brandstof die nodig is voor milieuvriendelijke waterstofauto's. publicatie in Natuur Energie .

In de literatuur woedt al jaren een verhitte discussie:hoe de elektrochemische productie van waterstof op platina-elektroden in een alkalische omgeving te versnellen? Chemicus Ian McCrum keek vanaf de zijlijn toe en concludeerde dat een deel van het debat werd veroorzaakt door het feit dat de debaters naar iets andere elektroden keken, waardoor de resultaten onvergelijkbaar zijn. Tijd om daar verandering in te brengen, McCrum dacht, die destijds LEaDing Fellow postdoc was in de groep van professor Marc Koper.

Platina kristal

McCrum, die nu in Amerika werkt, een speciaal platinakristal gebruikt. Om te begrijpen wat er zo speciaal is aan dit kristal, we moeten inzoomen op het oppervlak van het platina. Dit is niet vlak en glad, maar onregelmatig met kleine stapjes en knikken. En juist bij deze onregelmatigheden vinden chemische reacties plaats. McCrum ontwierp het speciale kristal zo dat het oppervlak hetzelfde aantal van deze onregelmatigheden door het kristal heeft. Vervolgens versierde hij de randen met verschillende metalen, zoals ruthenium en molybdeen. Op deze manier, hij zorgde ervoor dat alle elektroden precies dezelfde atomaire structuur hadden, maar telkens met een ander metaal in de randen. Dit stelde hem in staat om de interactie van de elektrode met het zuurstofatoom van water op een systematische en goed gedefinieerde manier te variëren.

De metingen begonnen toen, met een verrassende uitkomst. Marc Koper zegt, "Onze doorbraak is dat er een duidelijk verband blijkt te zijn tussen de activiteit van de elektrode voor het maken van waterstof en de mate waarin het metaal in de rand zich bindt aan het zuurstofatoom van water." Dit laatste wordt ook wel oxofilie genoemd, met oxofiel wat letterlijk zuurstofminnend betekent. "We hebben zelfs een optimum gevonden voor deze oxofilie, ", zegt Koper. "We hebben nu definitief vastgesteld dat de oxofiliciteit van het oppervlak een zeer belangrijke rol speelt bij elektrolyse." De wetenschappers ontwikkelden ook een model om het bestaan ​​van dit optimum te verklaren.

Op weg naar duurzame waterstof

De bevindingen zijn een grote stap voorwaarts in het wetenschappelijke debat. Koper zegt, "Deze nieuwe kennis is belangrijk in ons vakgebied. Omdat we een optimum in oxofilie hebben gevonden, kunnen we gerichter zoeken naar betere katalysatoren voor de duurzame productie van waterstof."