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

01.09.2020 14:00:00

Китай впервые запустил на Марс космический корабль «Тяньвэнь-1»; его название означает «вопросы к небу»…

…в США разработали методику отслеживания онлайн-кампаний по дезинформации в режиме реального времени, которая способна уменьшить вмешательство других стран в американские выборы 2020 года…

…возможно, собаки умеют ориентироваться по магнитному полю Земли…

>>
14.08.2020 17:00:00

Четверть века цивилизованное человечество озабоченно думает о сохранении лесов. Проведено множество переговоров на самом разном уровне, подписаны кипы документов, принято бесчисленное количество заявлений и программ, а результата нет. Отчего так происходит? Об этом рассуждали 23 эксперта в рамках недавней дискуссии о путях трансформации лесов.

>>
07.08.2020 16:00:00

Планета Проксима b не случайно привлекает пристальное внимание астрономов. Ведь сразу после ее открытия выяснилось, что это почти Земля: массу оценили в 1,3 земных, причем расположена планета в обитаемой зоне, где возможна жидкая вода. Теперь же к расследованию присоединился точнейший спектрограф ESPRESSO.

>>
07.07.2020 18:00:00

…проект ИТЭР по созданию крупнейшего в мире термоядерного реактора прошел важную веху — на место установлено основание криостата, самая большая и тяжелая часть токамака...

…созданы структуры для фотосинтеза, более эффективного, чем природный, — капли размером с клетку, содержащие мембраны хлоропластов шпината и компоненты ферментативного цикла для синтеза органических молекул из углекислого газа…

…каждая третья женщина европейского происхождения имеет «неандертальский» вариант рецептора гормона прогестерона, связанный с повышенной рождаемостью, более редким кровотечением на ранних сроках беременности и меньшим количеством выкидышей…


>>
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.

>>