Robert Klatt
Pulsradiolyse-Experimente zeigen, wie man Wasserstoff aus seinen Bestandteilen, Protonen und Elektronen herstellen kann. Die neuen Erkenntnisse bilden die Basis für die Produktion von grünem Wasserstoff.
Lawrence (U.S.A.). Um Wasserstoff zu produzieren, müssen die Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle von Wasser getrennt werden. Dies erfolgt meistens per Elektrolyse, einem chemischen Prozess mit einem hohen Energiebedarf. Anstatt Wasserstoff in Europa herzustellen, könnte die Mena-Region (Middle East and North Africa), die ein sehr hohes Potenzial für Solarenergie und Solarthermie besitzt, Wasserstoff produzieren und in die Industrieländer verkaufen.
Forscher des Brookhaven National Laboratory (BNL) und der Universität von Kansas (KU) haben nun ein neues Verfahren entwickelt, das die Trennung von Wasserstoff- und Sauerstoffmolekülen deutlich vereinfacht. Laut der Publikation im Fachmagazin PNAS gelang es dem Team um James Blakemore mit Pulsradiolyse-Experimenten den vollständigen Reaktionsmechanismus für eine wichtige Gruppe Katalysatoren offenzulegen.
„Das Verständnis, wie die chemischen Reaktionen, die saubere Brennstoffe wie Wasserstoff erzeugen, funktionieren, ist sehr herausfordernd. Unsere Arbeit präsentiert Daten, die durch spezialisierte Techniken gewonnen wurden, um zu verstehen, wie ein bestimmter Katalysator für die Wasserstoffproduktion funktioniert. Ihre Anwendung ermöglichte es uns, ein vollständiges Bild davon zu bekommen, wie man Wasserstoff aus seinen Bestandteilen, Protonen und Elektronen, herstellt.“
Laut den Wissenschaftlern bilden diese Fortschritte die Basis für die Erzeugung von reinem Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen.
Die Chemiker machten die Entdeckung, indem sie einen Katalysator analysierten, der auf einem Pentamethylcyclopentadienyl-Rhodium-Komplex (CpRh) basiert. Dabei konzentrierten sie sich auf das Cp-Ligand in Kombination mit dem seltenen Metall Rhodium.
„Unser Rhodium-System stellte sich als gutes Ziel für die Pulsradiolyse heraus. Die Cp*-Liganden, wie sie genannt werden, sind den meisten Organometallchemikern und tatsächlich Chemikern aller Art vertraut. Sie werden zur Unterstützung vieler Katalysatoren verwendet und können eine Vielzahl von Arten, die an katalytischen Zyklen beteiligt sind, stabilisieren. Eine Schlüsselerkenntnis dieser Arbeit liefert neue Einblicke, wie das Cp*-Ligand unmittelbar in die Chemie der Wasserstoffentwicklung einbezogen sein kann.“
Blakemore betonte jedoch, dass die Erkenntnisse auch zu anderen verbesserten chemischen Prozessen führen könnten, abgesehen von der Produktion von sauberem Wasserstoff. Blakemore hofft, dass diese Arbeit eine Tür öffnen könnte, die zu Verbesserungen bei anderen Katalysatoren und Systemen führt, die auf Cp*-Liganden angewiesen sind.
PNAS, doi: 10.1073/pnas.2217189120
