Kvanttifysiikka tehostaa vedyn tuotantoa

Veden pilkkominen – vesimolekyylien hajottaminen vedyksi ja hapeksi – on lupaava tie kestävään energiaan. Tätä prosessia on kuitenkin pitkään haastanut hapen kehittymisreaktion (OER) hidas kemiallinen kinetiikka, mikä tekee vedyn tuotannon tehottomaksi ja kalliiksi.

Kansainvälinen tutkimusryhmä on nyt löytänyt ratkaisun. Käyttämällä erityisiä kiteitä, joilla on ainutlaatuiset luontaiset "kiraaliset" rakenteet - mikä tarkoittaa, että niillä on erottuva vasen- tai oikeakätinen atomijärjestely - tutkijat ovat dramaattisesti parantaneet veden halkeamisprosessia.

Topologisilla kiraalisilla kiteillä, jotka koostuvat rodumista ja alkuaineista, kuten piistä, tinasta ja vismutista, on poikkeuksellinen kyky manipuloida elektronien spiniä. Tämä kvanttimekaaninen ominaisuus mahdollistaa elektronien siirron hapen muodostukseen erittäin tehokkaalla tavalla, mikä nopeuttaa merkittävästi yleistä kemiallista reaktiota.

"Nämä kiteet ovat pohjimmiltaan kvanttikoneita", sanoo tohtori Xia Wang, johtava tutkija Max Planck Institute for Chemical Physics of Solidsista. "Hyödyntämällä elektronien ainutlaatuisia spin-ominaisuuksia olemme luoneet katalyytin, joka ylittää perinteiset materiaalit 200-kertaisesti."

Professori Binghai Yan lisää: "Tiedämme, että katalyyttimme sisältävät edelleen harvinaisia elementtejä, mutta olemme kuitenkin varmoja, että suunnittelusuunnitelmamme perusteella saamme pian aikaan erittäin tehokkaita ja myös kestäviä katalyyttejä."

Tämä läpimurto ei ole vain tieteellinen uteliaisuus – se edustaa mahdollista harppausta uusiutuvan energian teknologiassa. Uusi katalyytti voisi tehdä vedyn tuotannosta nopeampaa, tehokkaampaa ja taloudellisesti kannattavampaa, mikä tuo meidät lähemmäksi puhtaan energian tulevaisuutta.

Max Planck Institute CPfS:n ja Weizmann Institute of Sciencen tutkijoiden suorittama tutkimus osoittaa, kuinka huippuluokan kvanttifysiikka voi ratkaista todellisen maailman energiahaasteita.

Aiheesta aiemmin:

Sähköbiodieseliä ja vetyä auringonvalolla

Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla