Медьсодержащий катализатор для водородной энергетики

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2019, №3)

pic_2019_03_11.jpg

При расщеплении воды в нейтральной среде новый медьпорфириновый комплекс катализирует образование кислорода, в кислой — перекиси водорода

Новый медьсодержащий комплекс, идею строения которого подсказала природа, эффективно расщепляет воду в нейтральной среде. Это открытие может сделать более доступным получение водорода с помощью восстановления воды («Chem. Sci.», 2019; doi: 10.1039/c8sc04529a, полный текст).

Молекулярный водород давно рассматривают как альтернативу нефти и газу. Единственный продукт сгорания водорода — вода, которая сама может быть источником водорода. Многие исследовательские группы по всему миру стараются разработать катализаторы, способные понизить энергию восстановления воды до молекулярного водорода и облегчить протекание этой реакции. Наиболее эффективные катализаторы расщепления воды в настоящее время — координационные соединения рутения и иридия. К недостаткам обоих металлов можно отнести их низкие концентрации в земной коре и высокую стоимость.

Новое исследование демонстрирует, что в присутствии порфиринового комплекса меди электрокаталитическое расщепление воды происходит при нейтральных значениях рН и при низком значении электродного потенциала. При 310 мВ и рН 7 вода окисляется с выделением молекулярного кислорода, а в кислой среде (при том же электродном потенциале) — до перекиси водорода. Хотя медный комплекс и не превосходит по производительности комплексы благородных металлов, все же это большой шаг вперед — меньшая эффективность производных меди компенсируется ее большей распространенностью и дешевизной. Катализаторы расщепления воды на основе меди были известны и ранее, но они работали в сильнощелочной среде и при большом значении электродного потенциала.

Исследователи исходили из того, что в процессе фотосинтеза ключевую роль в окислении воды и выделении кислорода играет магнийпорфириновый комплекс. А гем-протеины, в активных центрах которых находятся железопорфириновые комплексы, например цитохром P450, играют важную роль во многих биологических процессах, в которых происходит активация кислорода. Тем не менее способность медьпорфиринового комплекса катализировать окисление воды оказалась приятной неожиданностью для многих химиков — как специалистов по химии порфириновых комплексов, так и тех, кто занимался расщеплением воды. Еще одна необычная черта этого катализатора — окисление воды до перекиси водорода при низких значениях рН. Этот процесс не стоит рассматривать как новый способ получения H2O2, и все же он требует внимания. Установив, как образуется перекись водорода, исследователи смогут определить механизм этой каталитической реакции и выяснить, как повысить эффективность расщепления воды.

123

Разные разности

20.05.2020 18:30:00

Вакцины – какие, сколько и на какой стадии?

Даже когда острая фаза пандемии COVID-19 закончится и меры карантина больше не будут нужны, сам вирус никуда не денется, а продолжит жить среди нас. Самый эффективный способ от него защититься – сделать вакцину.

>>
18.05.2020 19:00:00

Коронавирусы: в семье не без урода

Найдены молекулярные отличия более патогенных коронавирусов от менее патогенных. Пока не вполне ясно, как эти отличия работают. Но возможно ученые смогут понять, почему настолько похожие инфекционные агенты приводят к таким разным последствиям для человека.

>>
13.05.2020 17:00:00

…из-за снижения транспортных потоков во время пандемии коронавируса уменьшились сейсмические шумы в коре Земли; специалисты считают, что это облегчит мониторинг слабых землетрясений, вулканической активности и других сейсмических событий...

…6 марта с мыса Канаверал стартовала миссия Space X CRS-20, которая доставит на МКС 250 пробирок со стволовыми клетками человека; на протяжении месяца они будут развиваться в кости, хрящи и другие ткани в условиях невесомости...

…по мере того как на рынок выходят художественные произведения, разработанные с помощью генеративных алгоритмов и когнитивной робототехники, встает вопрос об авторском праве на них…

>>
05.05.2020 17:00:00

Смартфон может незаметно передавать секретные сведения посторонним через неучтенную разработчиками прореху на границе между столом и смартфоном. Как же это может быть? Ответ в ходе серии экспериментов получили исследователи из Вашингтонского университета.

>>
29.04.2020 17:00:00

Загадочное внезапное похолодание, случившееся на планете 13 тысяч лет назад, не устает привлекать внимание климатологов. Сейчас есть двое подозреваемых: ледниковое озеро Агассис и кометы, упавшие в Северной Америке. Теперь же, стараниями ученых из Геологической службы США, возник третий участник драмы – ледниковое озера Миссула, катастрофически опорожнившееся в Тихий океан.

>>