Оказалось, все дело в неожиданном движении молекул воды — перед тем как отдать атомы кислорода, они буквально переворачиваются.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Команда химиков из Северо-Западного университета (США) измерила, сколько энергии тратится на этот «кувырок». Оказалось, именно он создает основное препятствие для эффективного расщепления воды.

Но есть и хорошая новость: если повысить уровень pH (сделать воду более щелочной), энергозатраты снижаются.

Это открытие может ускорить разработку дешевых способов получения чистого водорода — перспективного топлива будущего. А еще поможет производить кислород для марсианских миссий.

Как это работает

• Вода расщепляется на водород и кислород под действием электричества.
• Кислород выделяется сложнее — процесс требует больше энергии, чем расчетные 1,23 вольта.
• Оказалось, молекулы воды перед реакцией разворачиваются, и на это уходит дополнительная энергия.

Представьте, что молекула воды — это магнитик, — объясняет Франц Гейгер, руководитель исследования.

Чтобы отдать кислород, ей нужно перевернуться. Чем выше pH, тем легче это сделать.

Ученые использовали лазерную методику, которая позволила в реальном времени увидеть, как молекулы воды ведут себя у поверхности электрода. Опыты проводили на гематите — дешевом минерале на основе железа. Раньше считалось, что проблема в самом материале, но теперь ясно: ключевой барьер — поведение воды.

Открытие поможет создать более эффективные катализаторы — например, на основе никеля или железа вместо дорогого иридия.

Иридий на Земле встречается редко — его приносят метеориты, — говорит Гейгер. — Нам нужны доступные материалы, и теперь мы знаем, как их улучшить.

Это исследование — не просто академический интерес. Оно решает конкретную проблему: как снизить стоимость производства водорода. Сейчас для расщепления воды тратится больше энергии, чем можно получить из водорода, что делает процесс нерентабельным.

Открытие фиксирует два практических вывода:

1. Оптимизация катализаторов — теперь можно целенаправленно искать материалы, облегчающие «переворот» молекул воды.
2. Управление pH — щелочная среда снижает энергозатраты, что упростит промышленное внедрение.

Кроме того, это шаг к созданию замкнутой системы для космических миссий: на Марсе можно будет добывать кислород из воды с меньшими затратами.

Ранее ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа.