Zbog svoje visoke dostupnosti, voda se smatra najkorisnijim početnim materijalom za proizvodnju vodonika. U idealnom slučaju, pretvaranje vode u vodonik proizvodi drugu korisnu supstancu: vodonik peroksid, koji je neophodan u mnogim granama industrije, na primer za proizvodnju dezinfekcionih sredstava.
Posebni reakcioni uslovi su potrebni za dobijanje vodonik-peroksida iz cepanja vode. Bilo je poznato da je prisustvo karbonata korisno. Ali zašto je to tako, bilo je nejasno. Tim sa Univerziteta Ruhr u Bohumu, Nemačka, sada je razjasnio mehanizam iza ovoga.
Grupa koju predvode dr Lejing Li, dr Karla Santana Santos i profesor Volfgang Šuman iz Centra za elektrohemiju Univerziteta Rur u Bohumu opisuje rezultate u časopisu Angevandte Chemie International Edition.
„Vodonik-peroksid je vredna hemikalija koja se mora proizvoditi pomoću složenih procesa koji nisu uvek bezopasni za životnu sredinu“, kaže Šuman.
Bilo bi korisno kada bi se supstanca mogla dobiti u velikim količinama elektrolitičkim cepanjem vode, koja takođe proizvodi vodonik kao nosilac energije. „Međutim, ovo je termodinamički komplikovano“, objašnjava Lejing Li. To je zato što je proizvodnja kiseonika, da tako kažem, energetski jednostavnija.
Međutim, ako se u rastvor doda karbonatni pufer, situacija se menja. Ovo je ugljena kiselina (H 2 CO 3 ), koja može da oslobodi proton (H + ), što rezultira hidrogenkarbonatom (HCO 3 – ), koji može dalje da reaguje i formira ugljen-dioksid (CO 2 ). Takvi puferi pomažu da se pH vrednost rastvora održi stabilnom. Međutim, uslovi u reakcionom rastvoru nisu svuda identični.
Pretvaranje vode u vodonik i kiseonik odvija se na površinama dve elektrode, između kojih se primenjuje napon. Kada se prenose negativno naelektrisani elektroni, istovremeno se oslobađaju pozitivno naelektrisani protoni. Protoni menjaju pH vrednost u neposrednoj blizini elektrode, dok pH vrednost ostaje stabilna dalje u rastvoru.
Koristeći metodu koju su sami razvili, tim iz Bochuma je odredio pH vrednost u neposrednoj blizini elektrode pod različitim reakcionim uslovima i pokazao da se vodonik-peroksid prvenstveno proizvodi kada ima mnogo hidrogenkarbonata u blizini elektrode. Pod ovim uslovima formira se međuprodukt reakcije koji sprečava stvaranje neželjenog kiseonika.
„Ovi rezultati u početku zvuče kao apstraktno osnovno istraživanje“, kaže Li. „Ali proizvodnja vodonika i vodonik-peroksida je izuzetno važna. Samo ako precizno razumemo procese možemo ih učiniti boljim.“
