W centrum zainteresowania badaczy znalazło się zjawisko prowadzące do migracji atomów wodoru z metalowego katalizatora na niemetalowe podłoże. Dzięki lepszemu zrozumieniu praw rządzących tym zjawiskiem powinniśmy być w stanie znacznie skuteczniej aktywować i magazynować wodór, co znalazłoby rzecz jasna odzwierciedlenie w sektorach powiązanych z produkcją energii w ekologiczny sposób.
Czytaj też: Widziałem przyszłość motoryzacji. BMW Vision Neue Klasse to zwiastun nowej ery
I choć wodorowe dziwactwo jest znane od niemal 60 lat, to na przestrzeni dekad naukowcy nie byli w stanie opisać mechanizmu leżącego u jego podstaw. Wygląda na to, że w końcu doszło do przełomu, o czym jego autorzy piszą na łamach Nature Catalysis. Kluczem do sukcesu było rzekomo złoto osadzone na tytanie. Dzięki takiej mieszance możliwe jest skuteczne, wydajne i odwracalne rozbijanie cząsteczek wodoru na atomy wodoru. Wszystko to w warunkach temperaturowych wiążących się z niższym od dotychczasowego zapotrzebowaniem na energię.
W układach z tzw. rozproszonym wodorem jego gazowa forma ulega rozszczepieniu w taki sposób, że protony przyklejają się do powierzchni materiału, natomiast elektrony wchodzą do półprzewodnikowego pasma przewodzenia tlenku w pobliżu powierzchni. W toku dalszych badań członkowie zespołu chcieliby sprawdzić tę koncepcję w kontekście zastosowań takich jak konwersja atomów na rzecz wykorzystania ich w formie czystego paliwa czy też do magazynowania wodoru.
Złoto na tytanie było analizowane pod kątem zjawiska znanego jako rozpraszanie wodoru. Po raz pierwszy opisano je w 1964 roku
Jak wykazali autorzy przytoczonej publikacji, rozpraszanie wodoru zazwyczaj zachodzi w nieuporządkowanych układach, ponieważ rozpraszające się atomy mogą różnić się siłą wiązania zarówno z nanocząstkami, jak i podłożem z tlenku półprzewodnika. Określa się to mianem specyficznej adsorpcji, w której lepkie wiązanie maskuje to, co napędza rozpraszanie: energię cieplną (entropię).
Przełomowy w przypadku nowych badań był fakt, iż naukowcy byli w stanie zmierzyć tę entropię w układzie złożonym ze złota osadzonego na tytanie. Co istotne, złoto nie wymaga prawie żadnej energii cieplnej do rozpoczęcia reakcji z wodorem i zachodzi ona na styku z podłożem z tlenku tytanu. Innymi słowy, wodór nie adsorbuje się na złocie, dlatego można dokładnie przeanalizować jego rozpraszanie. Jak się okazało, adsorpcja była słaba, a tylko entropia może przenosić atomy ze złota na podłoże.
Czytaj też: Ręce same zbierają się do oklasków. Oto najlepsze paliwo wodorowe, na które czekał cały świat
Sami zainteresowani przyznają, że nie trzeba było wymyślać koła na nowo. Ich zadaniem było zebranie danych, co zajęło im sześć lat. Dzięki tak długotrwałym pomiarom byli oni w stanie wypełnić lukę w zrozumieniu zadziwiających zjawisk związanych z rozpraszaniem wodoru. Jak wykazali, entropia napędza to zjawisko. Teraz celem będzie natomiast lepsze poznanie materiałów, które mogłyby posłużyć do przechowywania wodoru.
