Bio-vízbontás: üzemanyagot vízből!

Létrehozva: 2009. április 17., 12:27 | Utoljára frissítve: 2009. április 17., 12:37	nyomtat	küld

A Weizmann Intézet szerves kémiai osztályán David Milstein professzor és kollégái egyedülálló eljárást fejlesztettek ki, amely nagy előrelépést jelent a probléma a megoldásában. A kutatócsoport az oxigénatomok kapcsolódásának eddig ismeretlen módját mutatta ki, sőt ennek mechanizmusát is leírta. A víz bontása során a problémát tulajdonképpen az jelenti, hogyan lehet a vízmolekulákból két oxigénatom közötti kötés kialakításával oxigéngázt kinyerni.

A természet egy nagyon hatékony eljárást alakított ki erre: a növényekben zajló fotoszintézisből származik az összes oxigén a földön. Bár jelentős előrelépés történt már a fotoszintézis folyamatának megértésében, még mindig nem tisztázódott teljesen, hogyan működik ez a rendszer. Világszerte dolgoznak - nagy eredmények nélkül - olyan mesterséges fotoszintetizáló rendszerek kifejlesztésén, amelyek katalizátorként szolgáló fémkomplexekre épülnek.

A Weizmann Intézet kutatócsoportjának új módszere egymást követő, termikus és fény által befolyásolt reakciók sorozatára oszlik, amelyek több lépcsőben hidrogén és oxigén felszabadulásához vezetnek. A reakciókat egy különleges anyag katalizálja: egy fémkomplex, amelyet Milstein professzor csoportja korábbi kutatásai során fejlesztett ki. Ebben a ruténium alapú fémkomplexben a vízmolekula bomlásakor a központi fémion és a hozzá kapcsolódó szerves rész is szerepet kap.

A kutatócsoport kísérletei során kiderült, hogy a komplex és a víz kölcsönhatásakor a vízmolekulában felszakad az egyik hidrogénatom és az oxigénatom közötti kötés, és a hidrogénatom a szerves részhez kötődik, míg a megmaradt hidrogén- és oxigénatom (OH-csoport) a komplex központi fémionjával létesít kötést.

Ez a módosult komplex képezi az eljárás következő szakaszának, a termikus szakasznak az alapját: ha az oldatot 100 °C-ra hevítik, a komplexből felszabadul a hidrogén - amely potenciális környezetbarát üzemanyagforrás -, és egy újabb OH-csoport kapcsolódik a központi fémionhoz.

"Ám a legérdekesebb szakasz a harmadik, a "fényszakasz" - magyarázta Milstein. "Ha ezt a harmadik komplexet szobahőmérsékleten fény hatásának tesszük ki, nemcsak oxigéngáz termelődik, hanem a fémkomplex kiindulási állapotába alakul vissza, így újra felhasználható a további reakciókhoz."

A kutatók szerint ezek az eredmények azért figyelemre méltóak, mert ritka az, hogy egy mesterségesen előállított fémkomplex segítségével létesüljön kötés két oxigénatom között, és mindeddig nem volt tisztázott, hogy ez egyáltalán hogyan történik. Milstein kutatócsoportjának az ilyen eljárások egyik alapját jelentő, eddig ismeretlen mechanizmust is sikerült azonosítania.

További kísérletekben kimutatták, hogy az eljárásnak ebben a harmadik szakaszában a fény biztosítja a két OH-csoport összekapcsolódásához szükséges energiát, amelyekből hidrogén-peroxid (H2O2) képződik, amely aztán gyorsan oxigénre és vízre bomlik. "Mivel a hidrogén-peroxid viszonylag instabil molekula, a kutatók a folyamatnak ezt a szakaszát mindig figyelmen kívül hagyták, és lényegtelennek tartották, mi azonban ennek ellenkezőjét bizonyítottuk be" - nyilatkozta Milstein.

Emellett a kutatócsoport azt is kimutatta, hogy a két oxigénatom közötti kötés egy molekulán belül jön létre - és nem különböző molekulák oxigénatomjai között, mint ahogy eddig feltételezték -, valamint hogy ez egy központi fémion segítségével történik.
Milstein kutatócsoportja a hidrogén és oxigén vízből való előállításának olyan módját mutatta be, amelyhez csak fény szükséges, de vegyi anyagok hozzáadása nem. Következő kísérletükben a kutatók az eljárás egyes szakaszait akarják összekapcsolni, hogy egy olyan, hatékony katalizátorrendszert hozzanak létre, amely az alternatív energiaforrások kutatásában fontos előrelépést jelent gyakorlati alkalmazásuk felé.