Учёные впервые наблюдают процесс расщепления молекул воды на водород и кислород в реальном времени, фиксируя неожиданный поворот молекул на 180 градусов непосредственно перед разделением.
Переворот молекулы воды требует затраты дополнительной энергии, что объясняет необходимость применения напряжения в 1,5–1,6 вольта вместо теоретически рассчитанных 1,23 вольта.
В эксперименте воду размещали на электроде внутри специального контейнера, а с помощью лазеров измеряли амплитуду и фазу света, что позволило точно определить положение каждой молекулы в процессе.
Наблюдения показали, что первоначально атомы водорода ориентированы в сторону электрода, однако при усилении электрического поля молекула мгновенно переворачивается так, что кислород оказывается обращённым к электродной поверхности, обеспечивая возможность переноса электронов.
Такой механизм обусловлен свойствами электрода, который, обладая отрицательным зарядом, привлекает положительно заряженные атомы водорода, мешая электронной передаче с кислородного атома до переворота молекулы.
Эффективность данной реакции во многом зависит от использования катализатора – иридия, признанного наиболее действенным для кислородной эволюционной реакции, несмотря на его редкость и высокую стоимость, что дополнительно влияет на энергетическую эффективность уже имеющегося процесса.
Количественные измерения продемонстрировали, что переворот молекул неизбежно требует дополнительной энергии, а также выявили влияние уровня pH на скорость и эффективность переворота, что открывает перспективы для разработки усовершенствованных катализаторов.
Экологический потенциал водорода как энергоёмкого чистого топлива велик: он способен питать грузовые автомобили, морские суда и заменять ископаемое топливо в металлургии и производстве удобрений. По оценкам Международного энергетического агентства, ежегодно требуется 322 млн тонн (354 млн тонн) водорода, хотя в 2023 году было произведено лишь 97 млн тонн (107 млн тонн) по цене, в 1,5–6 раз превышающей затраты на ископаемое топливо.
Работа, опубликованная 5 марта в журнале Science Advances, подчёркивает недостаток знаний о поведении воды на интерфейсах и демонстрирует, что понимание процессов, связанных с переворотом молекул, может не только снизить затраты на производство чистого водорода, но и обеспечить получение пригодного для дыхания кислорода для будущих миссий на Марс.
Изображение носит иллюстративный характер
Переворот молекулы воды требует затраты дополнительной энергии, что объясняет необходимость применения напряжения в 1,5–1,6 вольта вместо теоретически рассчитанных 1,23 вольта.
В эксперименте воду размещали на электроде внутри специального контейнера, а с помощью лазеров измеряли амплитуду и фазу света, что позволило точно определить положение каждой молекулы в процессе.
Наблюдения показали, что первоначально атомы водорода ориентированы в сторону электрода, однако при усилении электрического поля молекула мгновенно переворачивается так, что кислород оказывается обращённым к электродной поверхности, обеспечивая возможность переноса электронов.
Такой механизм обусловлен свойствами электрода, который, обладая отрицательным зарядом, привлекает положительно заряженные атомы водорода, мешая электронной передаче с кислородного атома до переворота молекулы.
Эффективность данной реакции во многом зависит от использования катализатора – иридия, признанного наиболее действенным для кислородной эволюционной реакции, несмотря на его редкость и высокую стоимость, что дополнительно влияет на энергетическую эффективность уже имеющегося процесса.
Количественные измерения продемонстрировали, что переворот молекул неизбежно требует дополнительной энергии, а также выявили влияние уровня pH на скорость и эффективность переворота, что открывает перспективы для разработки усовершенствованных катализаторов.
Экологический потенциал водорода как энергоёмкого чистого топлива велик: он способен питать грузовые автомобили, морские суда и заменять ископаемое топливо в металлургии и производстве удобрений. По оценкам Международного энергетического агентства, ежегодно требуется 322 млн тонн (354 млн тонн) водорода, хотя в 2023 году было произведено лишь 97 млн тонн (107 млн тонн) по цене, в 1,5–6 раз превышающей затраты на ископаемое топливо.
Работа, опубликованная 5 марта в журнале Science Advances, подчёркивает недостаток знаний о поведении воды на интерфейсах и демонстрирует, что понимание процессов, связанных с переворотом молекул, может не только снизить затраты на производство чистого водорода, но и обеспечить получение пригодного для дыхания кислорода для будущих миссий на Марс.
