Ученые случайно открыли простой и дешевый способ получения водорода из метанола с помощью железа и ультрафиолета
Японские исследователи из Университета Кюсю совершили неожиданное открытие, которое может сделать производство водорода более доступным и дешевым. Изначально ученые пытались найти сложные и дорогостоящие методы извлечения водорода из метанола, но в результате случайности наткнулись на рецепт, настолько простой, что его можно воспроизвести даже в школьной химической лаборатории.
Ведущий автор исследования, доцент инженерного факультета Такахиро Мацумото признается, что сначала в это открытие было трудно поверить. В одном из контрольных экспериментов, который должен был показать, что метод не работает, команда смешала метанол, ионы железа и гидроксид натрия, а затем облучила смесь ультрафиолетовым светом. К изумлению ученых, эта базовая смесь начала активно выделять значительное количество водорода.
Полученная реакция оказалась чрезвычайно эффективной. Простая железная смесь производила 921 миллимоль водорода в час на грамм катализатора. Технически это означает, что данный метод работает так же хорошо, как и самые дорогие высокотехнологичные катализаторы на основе редких металлов, таких как платина или иридий. Процесс, известный как дегидрирование спиртов, высвобождает водород, хранящийся в таких соединениях, как метанол и другие виды алкоголя. Более того, исследователям успешно удалось извлечь водород из других спиртов и даже из сырой биомассы, включая глюкозу и целлюлозу.
Ключевое преимущество новой методики заключается в ее экономичности и доступности. В то время как большинство современных высокоэффективных катализаторов производятся из редких и дорогих металлов, этот метод использует железо — один из самых распространенных и дешевых элементов на Земле. Исследовательская группа давно интересовалась разработкой катализаторов из обильных и недорогих элементов, и на этот раз ученые сосредоточились на устойчивом развитии и изучении полезности обычных металлов для производства водорода.
Тем не менее, у открытия есть и ограничения. Исследователи признают, что пока не до конца понимают механизм реакции на молекулярном уровне. Кроме того, хотя наблюдается генерация водорода из других материалов, каталитическая активность для этих субстратов все еще остается низкой. Однако потенциал метода неоспорим. Водород является чистым топливом, при использовании которого не выделяется углекислый газ, но его текущее производство по иронии судьбы по-прежнему привязано к ископаемому топливу. Для достижения положительного экологического эффекта необходимы устойчивые методы производства, которые отделяют генерацию водорода от углеродоемких источников энергии, и именно здесь новый железный катализатор меняет правила игры.
В настоящее время ученые сосредоточены на оптимизации процесса, чтобы проложить путь к более устойчивым водородным технологиям. Помимо промышленного потенциала, профессор Мацумото отмечает, что чрезвычайная простота реакции позволяет любому — от студентов до любителей химии — воспроизвести ее, что, по его мнению, поможет пробудить повсеместный интерес к научной карьере.
Исследование в журнале Communications Chemistry.