Электрокатализ является центральным элементом для дальнейшего создания электролизеров и топливных ячеек с протон-обменной мембраной (ПОМ), которые могут работать как компактные модули для снабжения энергией домой и автомобилей. Один прибор может как сохранять энергию, генерируя водород при избытке токе, так и быть источником энергии, окисляя водородное топливо при его недостатке (см. рисунок). Лучше всего на сегодняшний день эти цели могут быть достигнуты с использованием дорогих катализаторов на основе благородных металлов, но именно катализаторы на основе доступных металлов станут толчком к созданию долгосрочных энергетических систем.
Ле Гофф с коллегами сделали шаг в этом направлении, создав водородный электрод, основанный на никеле - широко распространенном элементе, в котором катализатор фиксируется на углеродных нанотрубках в качестве носителя. Катализатор эффективно реализует обратимое превращение H+ - H2 в водной среде, делая шаг вперед к созданию дешевых водородных электродов. Хотя совершенно ясна необходимость создания возобновляемых источников энергии, неравномерное распределение ее основных источников - солнца и ветра - и несовпадение их доступности и потребности заставляет искать новые источники хранения энергии. Например, на пике солнечного излучения в лучшем случае можно получить 1 лошадиную силу (750 Вт) с одного квадратного метра выдерживаемой на солнце поверхности (а в действительности в настоящий момент и гораздо меньше). Недорогие устройства для концентрации и хранения возобновляемой энергии, высвобождающие энергию при необходимости, были бы идеальны, например, для деревень.
Фотосинтетические организмы решают проблему концентрации солнечной энергии, собирая богатые энергией молекулы (топливо) днем и "сжигая" их в топливной ячейке (митохондрии), когда необходимо - днем или ночью. Также можно поступать и в инженерных системах. Многообещающие кандидаты для хранения электрической энергии - батареи или комбинация топлива и топливной ячейки. Но большую емкость легче представить в солнечных батареях, в которых сохранение топлива отделено от электрохимического процесса преобразования энергии. Более того, большие плотности энергии в топливе (особенно в водородном) и простота их возобновления делают их особенно привлекательными.
Никелевые комплексы, созданные Ле Гоффом, близки к ранее открытым Дюбуа с коллегами. В этих соединениях мягкие фосфиновые лиганды стабилизируют низшие степени окисления никеля, что делает катализаторы более безопасными для окружающей среды. Введение небольшого количества основания в окружении никеля позволяет контролировать движение протонов в ходе каталитического цикла. Фиксация комплекса в работе Ле Гоффа позволяет катализатору работать в водной среде, что принципиально важно для возможности их использования в электролизерах и топливных ячейках с ПОМ.
Никелевые соединения напоминают активные фрагменты энзима гидрогеназы, которая катализирует обратимое превращение H+ - H2с огромными скоростями с использованием обычных металлов. Хорошим примером такого поведения функционального фрагмента гидрогеназы является как раз никельбисдифосфин. Однако этот катализатор стабилен в анаэробной среде, в отличие от большинства природных гидрогеназ.
Однако несмотря на все достижения, остаются, конечно, и проблемы. Комплексы Ле Гоффа работают в десять раз медленнее, чем созданные ранее, скорее всего, из-за объемных функциональных групп. Плотности тока на два порядка ниже, чем для платиновых коммерческих электродов. Но возможности для дальнейшей оптимизации позволяют рассчитывать на стабильный электрод на основе дешевых металлов.
