Экспериментально доказан механизм восстановления водорода на кобальтовом катализаторе

Создав медленно действующий катализатор для электрохимического восстановления протонов из воды с получением водорода, сотрудники Калифорнийского технологического института (США) обнаружили неуловимый прежде полупродукт реакции, что позволило установить ключевые стадии механизма водородной трансформации.

Отчёт о проделанной работе учёные опубликовали в журнале Processing of the National Academy of Science.

Гидрид кобальта(III) (иллюстрация PNAS).

Полученные результаты позволят разработать недорогие высокоэффективные катализаторы, использующие электрическую энергию для высвобождения водорода из воды. Такие электрокатализаторы можно было бы инкорпорировать в устройства, конвертирующие солнечную энергию в электрическую, которая, в свою очередь, может пригодиться для разложения воды на кислород и водород. Ну а последний, уверяют авторы, можно запасать в качестве безуглеродного источника химической энергии. (Удивительное… недоразумение: солнечная энергия → электрическая энергия → водород → электрическая энергия… Вам тоже кажется, что тут есть лишняя стадия?)

В последнее время для ускорения стадии соединения двух протонов (и двух электронов) в молекулу водорода было создано несколько синтетических комплексов переходных металлов с органическими лигандами. Для лучшего объяснения происходящих процессов исследователи предложили множество возможных механизмов, основанных на образовании различных реакционных интермедиатов кобальта, обнаружить которые и подтвердить какой-либо из предложенных механизмов экспериментальным путём до сих пор не удавалось.

Для более детального изучения реакционного механизма учёные из Калифорнийского технологического института создали катализатор, комплекс кобальта с трис(дифенилфосфиновым) лигандом, который работает достаточно медленно для проведения детального мониторинга всего процесса восстановления водорода. На основании данных ЯМР-спектроскопии было показано, что ключевым интермедиатом в этом превращении является гидрид кобальта(III). В дальнейшем трансфер электронов конвертирует гидрид кобальта(III) в гидрид кобальта(II), который захватывает протон из кислого раствора, выделяя H₂.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.