Žurnale „Communications Chemistry“ publikuoti Kyushu universiteto tyrėjai aprašė paprastą vandenilio dujų gamybos metodą sumaišant metanolį, natrio hidroksidą ir geležies jonus, o tada tirpalą apšvitinant UV spinduliuote.
Naujo vandenilio dujų gamybos metodo, naudojant alkoholį, geležies jonus ir UV spindulius, iliustracija. Šaltinis: Kyushu universitetas / Matsumoto laboratorija
Be to, reakcijos katalizinis aktyvumas yra panašus į kai kurių anksčiau aprašytų sistemų, kuriose naudojami organometaliniai ir heterogeniniai katalizatoriai, aktyvumą. Komanda taip pat įrodė, kad šis metodas gali generuoti vandenilio dujas iš kitų alkoholių ir iš biomasės gautų medžiagų, tokių kaip gliukozė ir celiuliozė.
Nuo mikroschemų grandinių iki vaistų, kuriuos vartojate susirgę, viskam mūsų gyvenime reikalingi katalizatoriai. Natūralu, kad katalizatorių tyrimai ir plėtra yra ne tik pelningi, bet ir būtini norint išlaikyti mūsų šiuolaikinį gyvenimo būdą.
Katalizatoriai paprastai sudaryti iš metalų ir junginių matricos, sudarytos iš sudėtingų struktūrų. Todėl, nors katalizatoriai gali būti labai efektyvūs, juos taip pat gali būti brangu ir sudėtinga pagaminti.
„Mūsų tyrimų grupė jau seniai domisi katalizatorių kūrimu iš gausių ir nebrangių elementų. Šį kartą atkreipėme dėmesį į tvarumą ir ištyrėme įprastų metalų, kaip katalizatorių vandenilio dujoms gaminti, naudingumą“, – aiškina tyrimui vadovavęs Kyushu universiteto Inžinerijos fakulteto docentas Takahiro Matsumoto.
„Vandenilis yra švari energijos nešėja, nes naudojant jį neišskiria anglies dioksido. Tačiau šiandien didžioji dalis vandenilio gaminama iš iškastinio kuro, todėl turime sukurti tvarius jo gamybos metodus, kad jis turėtų teigiamą poveikį aplinkai.“
Komanda pradėjo eksperimentuodama su vandenilio dujų gamyba iš metanolio, naudodama organometalinius geležies kompleksus. Alkoholiai, tokie kaip metanolis, yra junginiai, kuriuose yra vandenilio, kurį galima pašalinti procesu, vadinamu alkoholio dehidrinimu. Tačiau šiam procesui paprastai reikia sudėtingų katalizatorių, pagamintų iš retų arba brangių metalų.
Tyrimų komandos atliktas žingsnis po žingsnio vandenilio generavimo eksperimento metodas. Mėginys pagaminamas sumaišant geležies jonus su alkoholiu ir natrio hidroksidu. Tada tirpalas apšvitinamas ultravioletiniais spinduliais. Procedūros metu susidariusios vandenilio dujos surenkamos ir įpurškiamos į dujų chromatografą duomenų analizei. Nuotrauka: Kyushu universitetas / Matsumoto laboratorija
Atlikdama eksperimentus, komanda aptiko neįprastų rezultatų.
„Viename iš mūsų kontrolinių eksperimentų, sumaišius metanolį, geležies jonus ir natrio hidroksidą, o po to apšvitinus UV spinduliais, išsiskyrė didelis kiekis vandenilio dujų“, – tęsia Matsumoto.
„Iš pradžių buvo sunku patikėti. Patvirtinome šiuos rezultatus, toliau eksperimentavome ir juos vėl patvirtinome. Nustatėme, kad vandenilio gamybos greitis buvo 921 mmol vandenilio per valandą vienam gramui katalizatoriaus. Šis skaičius yra panašus į geriausių iki šiol atrastų katalizatorių.“
Tyrėjai taip pat nustatė, kad jų nauja sistema gali gaminti vandenilį iš kitų alkoholio rūšių, taip pat iš tokių medžiagų kaip gliukozė, krakmolas ir celiuliozė.
Komanda ketina tobulinti savo naują atradimą, tikėdamasi, kad tolesnis optimizavimas padės sukurti tvaresnes vandenilio technologijas.
„Vienas šio tyrimo apribojimas yra tas, kad mes vis dar nežinome išsamaus reakcijos mechanizmo. Be to, nors stebėjome vandenilio susidarymą iš kitų medžiagų, šių substratų katalizinis aktyvumas vis dar yra mažas“, – apibendrina Matsumoto.
„Galiausiai, ši reakcija yra tokia paprasta, kad ją gali atkurti kiekvienas – nuo pradinės mokyklos mokinių iki smalsių suaugusiųjų. Raginu visus tai išbandyti ir tikiuosi, kad tai įkvėps žmones siekti karjeros moksle.“
Iron ion enables photocatalytic hydrogen evolution from methanol, Communications Chemistry (2026). DOI: 10.1038/s42004-026-02009-3
Journal information:Communications Chemistry
Rastas katalizatorius, galintis padėti gaminti vandenilį gerokai pigiau
Žaliasis vandenilis: KTU mokslininkai kuria pigesnį kelią į švarią energijos ateitį
KTU mokslininkų sukurti naujos kartos polimerai: tvarūs, savaime taisosi ir naikina mikrobus
Didelės entropijos konstrukcija pasiekia 3 kartus didesnę vandenilio gamybą