Egy lépéssel közelebb az olcsó hidrogén

A hidrogént környezetbarát módon a 19. század óta ismert eljárással, a vízbontással állíthatjuk elő. A természet azonban nem engedi olyan könnyen kinyerni a hidrogént a vízből, ehhez jelentős energiára van szükség, ami persze gazdaságtalanná teszi ezt a reakciót. Ilyen esetekben jöhetnek jól a kémiai folyamatokat segítő katalizátorok, amelyek jelentősen csökkenthetik az ilyenkor befektetni szükséges energiát.

A víz elektrokémiai bontásának mindmáig legjobb katalizátora, a platina, túl drága az ipari léptékű alkalmazásokhoz. A költségek csökkentésére két stratégiát is aktívan vizsgálnak a kutatók. Egyrészt olyan alternatív anyagokat keresnek, amelyek hasonlóan hatékony katalizátorok, de jóval olcsóbbak, másrészt csökkenteni próbálják a katalizátorszemcsék méretét, így a felhasznált anyag mennyiségét. A méretcsökkentés azért hatékony, mert a katalizátorszemcséknek csak a felülete aktív, így a méretük csökkentésével a passzív térfogat aránya nagyságrendekkel csökkenthető az aktív felületek javára.

MTA Energiatudományi Kutatóközpontban

Tapasztó Levente és munkatársai, a 2D anyagok kutatására fókuszáló Lendület és ERC kutatócsoport most ezen a területen ért el áttörést, méghozzá úgy, hogy a két megközelítést ötvözték. Platina helyett a jóval olcsóbb molibdén-diszulfidot és annak is az atomi vékony, úgynevezett kétdimenziós (2D) változatát alkalmazták. A molibdén-diszulfid már régóta a platina egyik lehetséges alternatívájának számít a hidrogénfejlesztés katalizálására, azonban eddig nem sikerült a platinát megközelítő aktivitást elérni ezzel az anyaggal. Ennek elsődleges oka, hogy a MoS2 kristályok esetében nem a teljes felületük, csak az élek aktívak. A magyar kutatók atomi szinten voltak képesek módosítani a MoS2 kristályok felületét, így aktiválva azt. Ehhez a MoS2 kristály kénatomjai közül néhányat oxigénatomra cseréltek ki egy speciális oxidációs reakció segítségével. E sajátos sav-bázis párok segítségével kiválthatók a hidrogénezési eljárásban katalizátorként használt mérgező nemesfémek. A magyar kutatók felfedezése nyomán olcsóbb és tisztább hidrogén előállítási eljárás születhet.

Forrás: MTA
Fotók: Tapasztó Levente