Новости химической науки > Рутениевый катализатор окисляет воду

Исследователи из Швеции разработали металлокомплексный катализатор на основе рутения, способный к быстрому окислению воды до молекулярного кислорода. Результаты исследования вносят существенный вклад в будущее использование солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии.

Исследователи из Королевского Технологического Университета (Стокгольм) первыми получили систему, способную разлагать воду с образованием молекулярного кислорода со скоростью, сравнимой с такой же скоростью, с какой протекает фотосинтез в природных условиях, поставив мировой рекорд для систем фотоокисления воды.

За последние три десятилетия попытки создания искусственных фотосинтетических систем или отдельных элементов природной фотосинтетической системы неоднократно предпринимались исследователями из Европы, Японии и США, однако ни одна из групп не смогла разработать систему, достаточно быстро окисляющую воду с помощью синтетического катализатора – металлокомплексного или какого-либо другого. Между тем, по словам руководителя проекта Личенга Суна (Licheng Sun) основной проблемой на пути создания искусственных систем фотосинтеза была именно скорость каталитического процесса.

Механизмы образования кислорода с участием комплекса 2 в присутствии стехиометрического количества и избытка Ce(IV) при рН=1. (Рисунок из Nature Chemistry, 2012. doi:10.1038/nchem.1301)

Катализатор, разработанный в группе Суна, работает очень эффективно – он способствует тому, что в секунду окисляется до 300 молекул воды, при этом количество циклов оборота катализатора для природных систем фотосинтеза лежит в пределах от 100 до 400. Сун полагает, что такая производительность нового катализатора позволит использовать новую систему в промышленных масштабах либо для производства водорода, создавая производства в областях со значительной продолжительностью солнечного дня, либо комбинируя новую каталитическую систему с солнечными батареями и увеличивая эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Исследователи также полагают, что эффективные катализаторы фотоокисления воды могут применяться в фотоактивируемой конверсии диоксида углерода в различные виды топлива, например, метанол.

На следующем этапе исследователи планируют понизить стоимость разработанной ими системы. Сун убежден, что в течение ближайшего десятилетия результаты исследования могут быть материализованы в соответствующую технологию, которая сможет стать реальной альтернативой энергетическим системам, основанным на сжигании ископаемого топлива.

Разработанный в группе Суна катализатор является результатом его более чем двадцатилетней работы в этой области. Исследователь и его коллеги убеждены, что эффективные катализаторы являются недостающим кусочком мозаики в полной картине преобразования солнечной энергии и необходимыми элементами для применения возобновляемой энергии.

Источник: Nature Chemistry, 2012. doi:10.1038/nchem.1301

метки статьи: #водородная энергетика, #кинетика и катализ, #физическая химия, #химическая технология, #элементоорганическая химия