Τα αποτελέσματα από πειράματα παλμικής ραδιοδιάλυσης αποκάλυψαν τον πλήρη μηχανισμό αντίδρασης για μια σημαντική ομάδα καταλυτών «διάσπασης νερού». Η εργασία αυτή σημαίνει ότι οι επιστήμονες βρίσκονται πιο κοντά στην παραγωγή καθαρού υδρογόνου από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μια πηγή ενέργειας που θα μπορούσε να συμβάλει σε ένα πιο πράσινο μέλλον για το έθνος και τον κόσμο.

Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ο συν-συγγραφέας Τζέιμς Μπλέικμορ, αναπληρωτής καθηγητής Χημείας, του οποίου η έρευνα στο Lawrence αποτελεί τη βάση της ανακάλυψης, δήλωσε ότι «η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των χημικών αντιδράσεων που παράγουν καθαρά καύσιμα όπως το υδρογόνο είναι πολύ δύσκολη - αυτή η δημοσίευση αποτελεί το αποκορύφωμα ενός έργου που ξεκίνησα από το πρώτο κιόλας έτος στο KU(Kansas University). Η δημοσίευσή μας παρουσιάζει δεδομένα που κερδήθηκαν με κόπο από εξειδικευμένες τεχνικές για να κατανοήσουμε πώς ένας συγκεκριμένος καταλύτης για την παραγωγή υδρογόνου κάνει τη δουλειά του. Οι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν τόσο εδώ στο KU όσο και στο Brookhaven είναι αρκετά εξειδικευμένες. Η εφαρμογή τους μας επέτρεψε να αποκτήσουμε μια πλήρη εικόνα του τρόπου παραγωγής υδρογόνου από τα συστατικά του μέρη, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια».

Η έρευνα του Μπλέικμορ στο KU αποτέλεσε το θεμέλιο της επανάστασης. Πήγε την εργασία του στο Brookhaven για έρευνα με τη χρήση παλμικής ραδιολύσης, καθώς και άλλων τεχνικών, στο Κέντρο Επιταχυντών για την Ενεργειακή Έρευνα. Το Brookhaven είναι ένα από τα δύο μόνο μέρη στις ΗΠΑ που στεγάζουν εξοπλισμό που επιτρέπει πειράματα παλμικής ραδιολύσης.

Ο χημικός του Brookhaven Ντμίτρι Πολιάνσκι, συν-συγγραφέας της δημοσίευσης, δήλωσε ότι «είναι πολύ σπάνιο να μπορείς να κατανοήσεις πλήρως έναν πλήρη καταλυτικό κύκλο. Αυτές οι αντιδράσεις περνούν από πολλά στάδια, μερικά από τα οποία είναι πολύ γρήγορα και δεν μπορούν να παρατηρηθούν εύκολα».

Ο Μπλέικμορ και οι συνεργάτες του έκαναν την ανακάλυψη μελετώντας έναν καταλύτη που βασίζεται σε ένα σύμπλοκο πενταμεθυλοκυκλοπενταδιενυλικού ροδίου, το οποίο είναι εν συντομία [Cp*Rh]. Επικεντρώθηκαν στο ligand Cp* σε συνδυασμό με το σπάνιο μέταλλο ρόδιο, επειδή υπήρχαν ενδείξεις από προηγούμενες εργασίες που έδειχναν ότι αυτός ο συνδυασμός θα ήταν κατάλληλος για το έργο.

«Το σύστημα του ροδίου μας αποδείχθηκε ότι ήταν ένας καλός στόχος για την παλμική ραδιοδιάλυση. Τα ligands Cp*, όπως ονομάζονται, είναι γνωστά στους περισσότερους οργανομεταλλικούς χημικούς, και στην πραγματικότητα στους χημικούς όλων των ειδών», εξήγησε, προσθέτοντας ότι «χρησιμοποιούνται για την υποστήριξη πολλών καταλυτών και μπορούν να σταθεροποιήσουν μια ποικιλία ειδών που εμπλέκονται σε καταλυτικούς κύκλους. Ένα βασικό εύρημα αυτής της εργασίας δίνει νέα εικόνα για το πώς το ligand Cp* μπορεί να εμπλέκεται στενά στη χημεία της εξέλιξης του υδρογόνου».

Αλλά ο Μπλέικμορ τόνισε ότι τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν και σε άλλες βελτιωμένες χημικές διεργασίες εκτός από την παραγωγή καθαρού υδρογόνου.

«Στην εργασία μας, ελπίζουμε ότι οι χημικοί θα δουν μια μελέτη σχετικά με το πώς ένα κοινό ligand, το Cp*, μπορεί να επιτρέψει ασυνήθιστη αντιδραστικότητα», δήλωσε ο ερευνητής του KU. «Αυτή η ασυνήθιστη αντιδραστικότητα είναι σχετική με την ιστορία του υδρογόνου, αλλά στην πραγματικότητα είναι μεγαλύτερη από αυτό, επειδή το Cp* βρίσκεται σε τόσους πολλούς διαφορετικούς καταλύτες. Οι χημικοί σκέφτονται συνήθως ότι οι καταλύτες βασίζονται σε μέταλλα. Με αυτόν τον τρόπο σκέψης, αν φτιάχνεις ένα νέο μόριο, το μέταλλο είναι ο βασικός παράγοντας που φέρνει σε επαφή τα συστατικά μέρη. Η εργασία μας δείχνει ότι αυτό δεν ισχύει πάντα. Το Cp* μπορεί να εμπλέκεται στη συρραφή των κομματιών για τη δημιουργία προϊόντων».

Ο ίδιος δήλωσε επίσης ότι ελπίζει ότι αυτή η εργασία θα μπορούσε να αποτελέσει ένα άνοιγμα που θα οδηγήσει σε βελτιώσεις σε άλλους καταλύτες και συστήματα που βασίζονται σε συνδέτες Cp*. Η ανακάλυψη, η οποία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Γραφείο Επιστημών του DOE, θα μπορούσε να εφαρμοστεί ευρύτερα στη βιομηχανική χημεία. Ο Μπλέικμορ εργάζεται τώρα για την εφαρμογή τεχνικών όπως αυτές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία στην ανάπτυξη νέων προσεγγίσεων για την ανακύκλωση των πυρηνικών καυσίμων και τον χειρισμό των ακτινιδίων.