Водород называют топливом будущего, но его производство все еще недостаточно эффективно. Один из методов производства — фотоэлектрохимическая ячейка, в которой вода под действием света расщепляется на водород и кислород.
Мало того, что реакция требует большого количества энергии, перекись водорода образуется как побочный продукт, что приводит к отравлению одного из электродов и, следовательно, снижению эффективности.Электронный спинПод руководством профессоров Берта Мейера (Технологический университет Эйндховена) и Рона Наамана (Институт Вейцмана) исследователи первыми специально исследовали роль спина — внутреннего магнитного момента — электронов, участвующих в реакции окисления, или образование кислорода. Их идея заключалась в том, что если оба спина выровнены, образования перекиси водорода не произойдет.
Это потому, что основное состояние перекиси водорода — так называемое синглетное состояние — не допускает двух электронов с противоположными спинами. Кислород с триплетным основным состоянием делает это.
Ожидания превзошлиПокрыв анод из оксида титана в своей фотоэлектрохимической ячейке хиральными (молекулами, которые являются зеркальным отображением друг друга) надмолекулярными структурами органической краски, они смогли инжектировать только электроны со своими спинами, выровненными в процессе. Эта работа последовала за ранее сделанными выводами группы Наамана о том, что прохождение электронов через хиральные молекулы зависит от спина электронов. «Эффект расщепления воды превзошел наши ожидания», — говорит Рон Нааман. «Образование перекиси водорода было почти полностью подавлено. Мы также увидели значительное увеличение тока клетки.
И поскольку хиральные молекулы очень распространены в природе, мы ожидаем больших выводов из этого открытия».Удача
Исследователи пока не могут сказать, насколько это может повысить эффективность производства водорода. «Наша цель состояла в том, чтобы контролировать реакцию и понимать, что именно происходит», — объясняет Берт Мейер. «В некотором смысле это была удача, потому что супрамолекулярные структуры изначально не предназначались для этой цели. Это показывает, насколько важна супрамолекулярная химия как фундаментальная область исследований, и мы очень заняты оптимизацией процесса. "