Kadonneiden kuparilajien tapaus

Kuparilla on monia käyttötarkoituksia – sähköjohdoissa, putkistoissa ja jopa kolikoissa. Runsauden ja suhteellisen alhaisen hintansa ansiosta kuparia on myös pitkään käytetty katalyyttinä kemiallisten reaktioiden nopeuttamiseen – erityisesti veden ja hiilidioksidin elektrolyysissä, jossa kupari toimii elektrodina ja katalyyttinä sähkön käytölle polttoaineiden tuotannossa.

Ongelmana on, että tavallinen kupari ei ole kestävin katalyytti, joten tutkijat ovat etsineet tapoja parantaa sitä. Yksi lähestymistapa on hapettaa se, mikä on pohjimmiltaan sama prosessi kuin raudan ruostuminen. 1970-luvulla kemisti Marcel Pourbaix esitti teorian, että erityisen kestäviä, erittäin hapettunutta kuparia pitäisi olla olemassa. Tutkijat ovat etsineet näitä muotoja siitä lähtien.

Nyt Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) SLAC National Accelerator Laboratoryn tutkijoiden johtama ryhmä on löytänyt tämän vaikeasti löydettävän kuparimuodon edistyneiden laskennallisten menetelmien ja huippuluokan kokeellisten tekniikoiden avulla.

Tämän materiaalin – erityisesti eräänlaisen kuparihydroksidin, jonka kemiallinen kaava on CuOOH – tuottamiseksi tutkijat johdattivat sähköä elektrolyyttikylpyyn upotettuihin kuparielektrodeihin.

Kuparikatalyyttien kestävyyden parantamisella on tärkeitä vaikutuksia sähkökemialliseen veden hajottamiseen eli prosessiin, jossa vesi hajotetaan hapeksi ja vedyksi.

Vaikka kuparia käytetään nykyään vain negatiivisesti varautuneessa veden hajottamiseen tarkoitetussa elektrodissa, tulokset avaavat oven kuparin käytölle sekä negatiivisesti että positiivisesti varautuneissa elektrodeissa, mikä voi mahdollisesti korvata nykyään käytettyjä kalliimpia ja harvinaisempia materiaaleja.

Kuparin mysteerin ratkaistuaan tiimi sanoi, että heidän lähestymistapansa voi auttaa löytämään muiden katalyyttisten materiaalien korkeampia hapetustiloja. Yleisenä tavoitteena on suunnitella vakaampia ja kestävämpiä katalyyttejä paitsi veden hajottamiseen, myös muihin teollisesti merkityksellisiin kemiallisiin reaktioihin.

Aiheesta aiemmin:

Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla

Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle