המימן מופק באמצעות חשיפת צברי אטומי אלומיניום למים
מדענים מאוניברסיטת Penn State ומאוניברסיטת וירג'יניה גילו שיטה להפקת מימן באמצעות חשיפה של צברי אטומי חמרן (אלומיניום) למים. הממצאים הללו חשובים מכיוון שהם מדגימים כי דווקא הגיאומטריה של צברים אלו, ולא מאפייניהם האלקטרוניים בלבד, היא המשפיעה על תפקודם של האתרים הפעילים החשופים שבצברים. אתרים אלו הינם בעלי חשיבות מרובה בקביעת הפעילות עם המים. ממצאי צוות המחקר פורסמו בגיליון ינואר של כתב-העת המדעי Science.
"במחקר קודם שלנו הוצע כי התכונות האלקטרוניות הן השולטות בהתנהגות של צברי-חמרן אלו, אולם מחקר חדש זה מראה כי דווקא הסידור המרחבי של האטומים בתוככי צברים אלו הוא המאפשר להם לבקע את פרודת המים," אמר A. Welford Castleman, פרופסור לכימיה ופיסיקה באוניברסיטה. "בעיקרון, ידע זו עשוי לאפשר לנו לתכנן זרזים ננומטריים חדישים באמצעות שינוי סידורם המרחבי של האטומים בתוככי הצבר. התוצאות תוכלנה לספק אפיקים חדשים של מחקר, לא רק עבור ביקוע מים, אלא גם עבור ביקוע הקשרים של תרכובות אחרות, בנוסף."
צוות המחקר בחן את התגובות של מים עם צברי חמרן פרטניים באמצעות שילובם יחדיו בתנאים מבוקרים במגוב-זרימה (flow-reactor) שתוכנן במיוחד למטרה זו. הם מצאו כי פרודת מים תיקשר בין שני אתרים של חמרן בצברים רק עם אחד מאתרים אלו יתנהג כחומצת לואיס (מרכז טעון חיובית "המעדיף" לקלוט אליו אלקטרון) והשני כבסיס לואיס (מרכז טעון שלילית "המעדיף" למסור ממנו אלקטרון). אטום החמרן המתנהג כחומצת לואיס נקשר לאטום החמצן שבפרודת המים בעוד שאטום החמרן מהסוג השני, בסיס לואיס, מפריד ממנה אטום אחד של מימן. אם תהליך זה מתרחש שנית עם מערכת נוספת של שני אטומי חמרן פעילים ופרודת מים, אזי מתקבלים שני אטומי מימן שיכולים לחבור יחדיו ליצירת פרודה של גז מימן – H2.
הצוות מצא כי צברי-חמרן מגיבים באופן שונה בחשיפתם למים, בהתאם לגודלם של הצברים והמבנה המרחבי המסוים שלהם. שלושה סוגי צברים ייצרו מימן ממים בטמפרטורת החדר. "היכולת להפיק מימן בטמפרטורת החדר הינה חשובה מכיוון שמשמעה שלא נדרשית השקעת אנרגיה או חום לשם עירור התגובה," אמר החוקר.
"שיטות שכיחות לביקוע מים לשם הפקת מימן דורשות כמות רבה של אנרגיה. אולם, בשיטה שלנו ניתן להפיק מימן מבלי להשקיע חום, חיבור למצבר או למקור חשמל אחר. מרגע שהוכנו צברי החמרן הם מסוגלים להפיק מימן לפי דרישה ללא הצורך לאחסן אותם."
החוקר מקווה כי הממצאים של הקבוצה יוכלו לספק דרך לבחינת היכולת למחזר את הצברים הללו והיכולת לשלוט בתנאים המדויקים לשחרור המימן. "נראה כי נוכל לפתח שיטות להסיר את קבוצת ההידרוקסיל שנותרה קשורה לצברי החמרן לאחר הפקת המימן כך שניתן יהיה להשתמש בהם שוב ושוב," הוא מסביר. הצוות מתכנן להמשיך במחקרם במטרה לשפר ככל האפשר את שיטתם החדישה.