Алюминий выделил водород из воды при комнатной температуре

Для многих одним из самых памятных воспоминаний о химии остаются куски натрия или калия, брошенные в воду. Однако реакция с водой металлов имеет и важное практическое значение и дает обильную почву для теоретических изысканий.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University) и Виргинского университета содружества (Virginia Commonwealth University) провели реакцию кластеров алюминия с водой с образованием водорода при комнатной температуре. А заодно и выяснили, как и почему протекает эта реакция.

Группа провела серию экспериментов по взаимодействию кластеров алюминия с дейтерированной и обычной водой. Основные эксперименты и теоретические расчеты проводились на основе D₂O, однако экспериментальные данные для воды с различным изотопным составом существенно не отличаются.

Реактор в этом экспериемнте устроен  достаточно обыкновенно. Кластеры (в данном случае частицы, содержащие счетное число атомов) получали лазерным испарением алюминия в токе инертного газа гелия. Гелий не вступал ни в какие реакции, а просто приносил частицы металла. Аналогично током гелия приносился и второй участник реакции -- вода. Оба участника поступали в реакционную трубу, предварительно очищенную от воздуха. Прореагировав, вещества поступали в масс-спектрометр, где и определялись продукты реакции.

В итоге ученым удалось сделать несколько интересных выводов. Во-первых, водород образуется, причем при комнатной температуре. Во-вторых, активность при комнатной температуре проявляют частицы с количеством содержащихся в них атомов алюминия 16, 17 и 18. Это связано с влиянием пространственного строения таких маленьких частиц на химические свойства. В-третьих, удалось получить некоторые сведения о механизме реакции. В частности, реакция протекает с одновременной адсорбцией двух молекул воды (они налипают на частицу). Если процесс станет активно изучаться и применяться, это будет очень важно.

Выяснились и некоторые негативные особенности процесса. Так, частички алюминия не стали в данном процессе катализаторами в полном понимании этого слова. Они вступают в реакцию один раз и остаются в неактивном виде. Сами исследователи уже видят свою первоочередную задачу в том, чтобы регенерировать активные частицы.

Разработка уже привлекла внимание американских военных, и, может быть, им удастся успешно применить новые каталитические системы для разработки систем хранения водорода. Хотя надо признать, что в целом за последние годы эйфория вокруг водородной энергетики спала.

Результаты работы опубликованы 23 января в журнале Science.