Az Oregoni Állami Egyetem (OSU) kutatói a tekintélyes Journal of the American Chemical Society folyóiratban mutatták be azt az új generációs fotokatalizátort, amely közvetlenül napfény segítségével, rendkívüli hatékonysággal képes hidrogént előállítani vízbontással. A Kyriakos Stylianou vezette kutatócsoport fém-organikus vázszerkezetekre (MOF) támaszkodva olyan molekuláris architektúrát tervezett, amely feleslegessé teszi a méregdrága nemesfém katalizátorok alkalmazását.
Az innováció alapvető mérföldkő lehet a dekarbonizáció szempontjából, hiszen a hidrogén kulcsfontosságú energiahordozó az üzemanyagcellás mobilitásban, a műtrágya- és ammóniagyártásban, a fémfinomításban és a vegyiparban.
A kísérletek középpontjában a BVR-19 elnevezésű fém-organikus szerkezet áll, amelynek egyedi tulajdonságát egy szokatlan szulfid–szulfid kémiai kötés adja. Amikor a kristályos anyagot fény éri, ez a kötés átmenetileg felhasad, és rendkívül reaktív kénvegyületeket, gyökös anionokat hoz létre. Stylianou hangsúlyozta: a megszokott eljárásokkal ellentétben – ahol a nehézfém atomok végzik a katalízist – ebben a struktúrában a kéntartalmú szerves összekötő elemek (linkerek) nyelik el a fotonokat és mozgatják az elektronokat a hidrogénfejlesztéshez. Ez a paradigmaváltó megközelítés lehetővé teszi, hogy platinacsoportbeli vagy más ritka és drága segédkatalizátorok nélkül menjen végbe a reakció, miközben a BVR-19 spontán, szobahőmérsékleten, vizes oldatban szintetizálódik, minimális gyártási energiát igényelve.
Napjainkban az ipari hidrogén túlnyomó részét földgázból állítják elő gőzös metánreformálással, amely tonnaszámra juttat szén-dioxidot a légkörbe. Bár a hagyományos vízbontásra épülő elektrolízis zöld energiával szénsemleges lehet, a megújuló áramigény és az elektrolizáló berendezések költségei miatt a zöldhidrogén ára jelenleg kilogrammonként mintegy 5 dollár körül mozog, szemben a szürke hidrogén 1,5 dolláros árával. A napenergiát közvetlenül vegyi energiává alakító fotokatalitikus folyamatok (solar fuel) ezt a drága elektromos átalakítási lépést küszöbölik ki – így az új technológia közvetlen alternatívát kínál a jelenleg domináns, fosszilis alapú hidrogéntermeléssel szemben, s az OSU Anyagfelfedezési Laboratóriuma (MaD Lab) által felállított új tervezési szabályok mintát adnak a jövőbeli, gazdaságos napfényalapú üzemanyag-előállítási rendszerekhez – a kutatók pedig most rámutattak, hogy a szerves váz stabilizálásával és a koordinációs fémközpontok variálásával drasztikusan csökkenthető a zöldhidrogén előállítási költsége.
