Gli scienziati dell’Università del Kansas e del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti hanno compiuto un importante passo nella separazione delle molecole a idrogeno e ossigeno puro, senza l’uso di combustibili fossili.
I risultati degli esperimenti di radiolisi a impulsi hanno messo a nudo il meccanismo di reazione completo per un importante gruppo di catalizzatori di “scissione dell’acqua”.
Questo progresso del team KU e Brookhaven ci avvicina alla generazione di idrogeno puro da fonti energetiche rinnovabili. Questa scoperta potrebbe contribuire a uno sviluppo più sostenibile per il mondo. Le ricerche da parte degli studiosi sono state recentemente pubblicate negli Atti della National Academy of Sciences.
Energia a idrogeno, Blakemore: “Il culmine di un progetto”
James Blakemore è professore associato di chimica e coautore dello studio. L’sperto ha spiegato, tramite alcune dichiarazioni riportate da SciTechDaily: “Capire come funzionano le reazioni chimiche che fanno funzionare i combustibili puliti come l’idrogeno è molto impegnativo: questo documento rappresenta il culmine di un progetto che ho iniziato nel mio primissimo anno alla KU”. E inoltre: “Il nostro documento presenta dati che sono stati duramente ottenuti da tecniche specializzate per capire come un certo catalizzatore per la generazione di idrogeno fa il lavoro. Le tecniche utilizzate sia qui alla KU che a Brookhaven sono piuttosto specializzate. L’implementazione di questi ci ha permesso di ottenere un quadro completo di come produrre idrogeno dalle sue parti costituenti, protoni ed elettroni”.
Una vera svolta
La ricerca di Blakemore alla KU è stata la base della svolta. Ha portato il suo lavoro a Brookhaven per la ricerca utilizzando la radiolisi a impulsi, così come altre tecniche, presso il loro Accelerator Center for Energy Research. Brookhaven è uno degli unici due posti nella nazione che ospita apparecchiature che consentono esperimenti di radiolisi a impulsi. Il chimico di Brookhaven Dmitry Polyansky, coautore dell’articolo, ha dichiarato: “È molto raro che tu possa ottenere una comprensione completa di un ciclo catalitico completo”.
Come si muovono tali reazioni
Polyansky ha aggiunto: “Queste reazioni passano attraverso molti passaggi, alcuni dei quali sono molto veloci e non possono essere facilmente osservati”. Blakemore e i suoi collaboratori hanno fatto la scoperta studiando un catalizzatore basato su un complesso pentametilciclopentadienil rodio, che è [CpRh] in breve. Si sono concentrati sul ligando Cp (pronunciato CP-“stella”) abbinato al raro metallo rodio dopo alcuni suggerimenti provenienti da lavori precedenti che mostravano che questa combinazione sarebbe stata adatta per il lavoro. Blakemore ha spiegato: “Il nostro sistema di rodio si è rivelato un buon bersaglio per la radiolisi del polso”.
I ligandi Cp*
Blakemore ha aggiunto: “I ligandi Cp*, come vengono chiamati, sono familiari alla maggior parte dei chimici organometallici, e in realtà chimici di ogni genere. Sono utilizzati per supportare molti catalizzatori e possono stabilizzare una varietà di specie coinvolte nei cicli catalitici. Una scoperta chiave di questo articolo fornisce nuove informazioni su come il ligando Cp* possa essere intimamente coinvolto nella chimica dell’evoluzione dell’idrogeno”.
Blakemore ha sottolineato che i risultati potrebbero portare ad altri processi chimici migliorati oltre alla produzione di idrogeno pulito. Il ricercatore della KU ha spiegato inoltre: “Nel nostro lavoro, speriamo che i chimici vedano uno studio su come un ligando comune, Cp*, possa consentire una reattività insolita”.
Ha poi precisato: “Questa insolita reattività è rilevante per la storia dell’idrogeno, ma in realtà è più grande di questa perché Cp* si trova in così tanti catalizzatori diversi. I chimici normalmente pensano che i catalizzatori siano basati su metalli. In questo modo di pensare, se stai creando una nuova molecola, il metallo è l’attore chiave che unisce le parti costituenti. Il nostro articolo mostra che non è sempre così. Cp* può essere coinvolto nella cucitura dei pezzi insieme per formare i prodotti”.
