Do jego powstania doprowadziło wykorzystania struktur krystalicznych. Te, użyte na potrzeby elektrolizy, uległy rozpadowi na wyjątkowo cienkie arkusze niklu. Tym sposobem aktywne centra katalityczne stały się podatne na działanie elektrolitu. Dokładny przebieg i kulisy ostatnich eksperymentów zostały zaprezentowane w artykule zamieszczonym w Angewandte Chemie International Edition.
Czytaj też: Światło słoneczne i 26 atomów wystarczy by produkować czyste paliwo
Elektroliza jest stosowana między innymi na potrzeby pozyskiwania wodoru, który stanowi zieloną alternatywę dla paliw kopalnych. Szczególnie mile widziany jest produkt powstały przy udziale energii pochodzącej z odnawialnych źródeł, choć jego obecny koszty – wraz z możliwościami produkcyjnymi – nie nastrajają większym optymizmem.
Sprawy mogłyby jednak ulec wyraźnej poprawie, gdyby inżynierowie weszli w posiadanie wydajniejszych od obecnie dostępnych katalizatorów. W ramach elektrolizy zachodzą dwie kluczowe reakcje, tj. wydzielanie wodoru na katodzie oraz wydzielanie tlenu na anodzie. Problem w tym, że ta druga prowadzi czasami do spowolnienia całej reakcji, co jest rezultatem dalekim od pożądanego.
Nowy superkatalizator ma potencjał na zrewolucjonizowanie sektora związanego z produkcją zielonego wodoru na dużą skalę i przy niskich kosztach
Gdyby udało się uporać z tym problemem, to moglibyśmy mówić o ogromnej poprawie całego mechanizmu pozyskiwania wodoru. Wykorzystując związki na bazie niklu, które mogą być wydajnymi, a przede wszystkim stosunkowo tanimi katalizatorami, badacze chcą zapewnić jak najlepsze rezultaty w tym zakresie. Jak zauważają, kontakt między aktywnymi centrami niklu a elektrolitem odgrywa kluczową rolę w wydajności katalizatora.
O ile w zwykle stosowanych wariantach powierzchnia styku jest ograniczona, tak tutaj przyjęto odmienną strategię. Kluczem do sukcesu miały okazać się zawierające nikiel klatraty. Jeden z takowych, znany jako Ba8Ni6Ge40 i powstał przy udziale przedstawicieli Uniwersytetu Technicznego w Monachium. W składzie znalazł się german, nikiel oraz bar.
Czytaj też: Chińscy naukowcy stworzyli nieznany dotąd izotop protaktynu. To przełom w badaniach nad materią atomową
Dzięki zaprojektowanej konfiguracji naukowcy sprawili, że pozyskany materiał może być stosowany na szereg różnych sposobów, choć nie rozpatrywano go jako kandydata w kontekście elektrolizy. Było to błędem, ponieważ nowe pomiary pokazują, iż w formie katalizator góruje on nad niklową konkurencją, zarówno w zakresie wydajności, jak i stabilności.
Zorganizowane badania jasno pokazały, iż molekuły tworzące Ba8Ni6Ge40 podlegają transformacji przy udziale pola elektrycznego. W takich okolicznościach atomy germanu i baru rozpuszczają się i podlegają wypłukiwaniu. Pozostają po nich natomiast wysoce porowate nanowarstwy przywodzące na myśl gąbkę. Dzięki temu więcej katalitycznie aktywnych centrów niklu wchodzi w kontakt z elektrolitem.