Мы уже как-то обсуждали, что вода способна самопроизвольно распадаться на OH⁻ и H⁺.
Еще мы говорили, что если опустить в воду (а лучше — в электролит) два электрода, то этот процесс станет называться электролизом, а его скорость заметно возрастет.
Наконец, мы затрагивали тему электрокатализа, когда на электрод мы наносим катализатор, чтобы управлять скоростью реакции на нем. Вооружившись всеми этими знаниями, мы можем перейти к теме электрокаталитического разложения воды.
Каждый из электродов способен напрямую окислять или восстанавливать молекулу воды. В результате этого образуются целевые продукты: молекулярный кислород и водород, а также важные «ошметки» OH⁻ и H⁺, которые тоже могут превратиться в целевые продукты на электродах.
Катод работает с H⁺, снабжая их электронами, позволяя им рекомбинировать в молекулярный водород. Ненужный катоду OH⁻ уныло диффундирует в сторону анода.
На аноде ситуация обратная: он «обрабатывает» OH⁻, забирая у них электрон и инициируя реакцию образования молекулярного кислорода и новой молекулы воды. H⁺ с анода диффундирует на катод, где используется для образования H₂.
Если материалы катода и анода подобраны правильно, а электролит способствует передаче заряженных частиц (H⁺ и OH⁻), то такая система способна активно производить кислород и водород. На поверхности электродов буквально физически будут расти пузырьки кислорода и водорода.
Если электроды неактивные и плохо взаимодействуют с H⁺ и OH⁻, то все описанные процессы пойдут хоть со сколько-нибудь заметной скоростью только при условии большой разницы потенциалов на них.
То есть мы должны весь катод напихать электронами, а весь анод электронами обеднить, чтобы хоть какие-то H⁺ смогли бы электрон принять, а OH⁻ — сдать. Такой процесс невыгоден и нецелесообразен.
Зато если мы возьмем электроды, выполненные из активных материалов (Pt, Ni, IrO₂, RuO₂), ситуация изменится кардинально.
Они (каждый на своем электроде) способны упростить жизнь всем участникам электрокаталитического процесса: они тебе и молекулу воды адсорбируют, и связь O–H ослабят, и продукты ее разложения задержат на достаточное для реакции время, и десорбции водорода/кислорода мешать не будут. Красота!
Но самое главное, пожалуй, — все это станет возможным при гораздо меньшей разнице потенциалов на электродах, то есть при меньших внешних энергетических затратах.
А значит, в процессе могут появиться намеки на дорогую человеческому сердцу выгоду.