Выделение кислорода считается одним из самых энергозатратных этапов электролиза воды, и поэтому оно является ключевым фактором для более эффективного производства зелёного водорода. До сих пор моделирование механизмов реакции основывалось на предположении, что элементарные стадии протекают последовательно, а не согласованно.
Группа под руководством профессора доктора Кая С. Экснера из Университета Дуйсбург-Эссен показала, что это предположение не всегда верно. Результаты, [опубликованные](https://doi.org/10.1038/s41467-025-61367-z) в Nature Communications, открывают новые возможности для улучшения твёрдых катализаторов для применения в энергетике и хранении энергии.
Типы катализа
Существуют два основных типа катализа:
* Гомогенные катализаторы имеют то же физическое состояние, что и преобразуемые вещества (например, все они жидкие), в то время как гетерогенные катализаторы находятся в другой фазе, например, в твёрдой, которая реагирует с жидкостями или газами.
* Для протекания реакции на поверхности твёрдого катализатора исходные материалы (реагенты) должны прикрепиться к его поверхности (адсорбция), а затем снова раствориться после реакции (десорбция).
До сих пор исследования твёрдых катализаторов — то есть гетерогенного варианта — предполагали, что адсорбция и десорбция происходят последовательно: реагент связывается с катализатором, реагирует, а затем продукт растворяется. Однако в гомогенном катализе известно, что эти стадии протекают одновременно.
Новое исследование
Теоретическое исследование в рамках кластера Excellence RESOLV показывает, что твёрдый диоксид иридия (IrO₂), который используется в качестве анодного материала для производства зелёного водорода, ведёт себя подобно гомогенному катализатору в отношении выделения кислорода: кислород производится по «механизму, подобному Вальдену», в котором адсорбция и десорбция происходят согласованно, аналогично гомогенным вариантам.
Это противоречит предыдущим представлениям и открывает новые возможности для улучшения твёрдых катализаторов, которые больше соответствуют принципам гомогенных процессов в растворе.
Исследование Экснера основано на нескольких совместных проектах в рамках Университета Дуйсбург-Эссен и Университетского альянса Рура: проект «Естественная вода для водорода» под руководством профессора доктора Корины Андронеску, Collaborative Research Center 247 «Гетерогенный катализ окисления в жидкой фазе» и, наконец, исследования в новом здании Active Sites.
Предоставлено [Университетом Дуйсбург-Эссен](https://www.uni-due.de/en/index.php).