Kopercomplex, bestaande uit twee moleculen van een peptide-achtig oligomeer,. Met dank aan het Technion
Waterelektrolyse is een gemakkelijke manier om waterstofgas te produceren, maar efficiënte elektrolyse vereist tegenwoordig een hoog elektrisch potentieel, een hoge pH en in de meeste gevallen katalysatoren op basis van ruthenium en andere dure metalen.
Vanwege de inherente belofte van waterstof als schone, hernieuwbare energiebron, streven veel onderzoeksgroepen naar de ontwikkeling van elektrolysetechnologieën die het mogelijk maken om waterstofbrandstof te produceren met een laag elektrisch potentieel, met een pH tussen 7-9 en met op katalysatoren gebaseerde op beschikbare en goedkope metalen zoals koper, mangaan en kobalt.
In een artikel gepubliceerd in het 8 juli 2021 editie van het Journal of the American Chemical Society, een onderzoeksteam aan de Technion - Israel Institute of Technology, gemeld op een unieke oplossing gebruik van koper katalysatoren. Het onderzoek werd geleid door professor Galia Maayan, hoofd van het Biomimetic Chemistry Laboratory van de Schulich-faculteit Scheikunde, en promovendus Guilin Ruan.
De Technion-onderzoekers ontwierpen en ontwikkelden een homogeen elektrolysesysteem, oftewel een systeem waarbij de katalysator oplosbaar is in water, zodat alle componenten van het systeem zich in hetzelfde medium bevinden. Het innovatieve en originele systeem is gebaseerd op (1) koperionen; (2) een peptide-achtig oligomeer (klein molecuul) dat het koper bindt en zijn stabiliteit behoudt; en (3) een verbinding genaamd boraat waarvan de functie is om de pH binnen een beperkt bereik te houden. De belangrijkste ontdekking in deze studie is het unieke mechanisme dat de onderzoekers ontdekten en demonstreerden: de boraatverbinding helpt het metallische centrum te stabiliseren en neemt deel aan het proces zodat het het helpt katalyseren.
Ten eerste toonde de onderzoeksgroep in hun eerdere onderzoeken de werkzaamheid aan van het gebruik van peptide-achtige oligomeren om metaalionen die aan zuurstof zijn blootgesteld te stabiliseren. Nu rapporteren de onderzoekers over het succes bij het creëren van een zeer efficiënt en snel elektrolysesysteem. Het stabiele systeem oxideert het water tot waterstof en zuurstof onder dezelfde gewenste omstandigheden: lage elektrische potentiaal, pH bijna 9 en goedkope katalysatoren. Volgens prof. Maayan werd het systeem geïnspireerd door enzymen (biologische katalysatoren) die de peptideketen van het eiwit gebruiken om het metalen centrum te stabiliseren en door natuurlijke energetische processen zoals fotosynthese, die worden aangedreven door eenheden die zonne-energie gebruiken om elektronen en protonen te transporteren.
