Uluslararası bir araştırmacı ekibi hidrojenin başlangıç materyali veya tepken olduğunda, az miktarda su ekleyerek kimyasal reaksiyonları son derece hızlandırdığını keşfetti.
Manos Mavrikakis liderliğinde, Wisconsin-Madison Üniversitesi'nde Kimya ve Biyoloji profesörü Paul A. Elpers ve Danimarka Aarhus Üniversitesi'nde Astronomi profesörü olan Flemmig Besenbacher'den oluşan ekip bulgularını Science dergisinde yayımladı.
Hidrojenasyon ve hidrojenaliz reaksiyonları petrokimya, ilaç, gıda ve tarım gibi birçok önemli sanayi sektöründe geniş uygulamalara sahiptir. “Mesela petrokimya endüstrisinde petrolün benzine yükseltilmesinde ve çeşitli biyokütle türevli ürünlerin yapımında hidrojenlemeye ihtiyaç vardır. Bunların hepsi katalitik dönüşümler aracılığıyla gerçekleşir” diyor Mavrikakis . [Thomson Reuters’a göre Manos Mavrikakis 2000-2010 yılları arası için en iyi 100 kimyacı arasındadır.]
Bir kimyasal reaksiyon; birtakım molekülleri (girenler) bir başka molekül grubuna (ürünler) dönüştürmektir ve katalizör, kendisi harcanmadan, bu reaksiyonu hızlandıran maddedir.
“Endüstriyel uygulamalarda katalitik dönüşümlerin hızı önemlidir” diyor Mavrikakis ve devam ediyor: “Katalizörün yüzeyine yayılmış olan hidrojen atomlarının hızı, büyük ölçüde, kimyasal reaksiyonun hızını belirler.“
Mavrikakis, “Birçok araştırmacı şimdiye kadar reaktan yada ürün olduğu durumlarda suyun kimyasal reaksiyonunun hızını arttırabildiğini gözlemlerken bu olayın nasıl gerçekliştiğinin temel anlayışından yoksundular” derken şu eleştiriyi de yapıyor: “Kimse ppm* de bile suyun değerini anlamadı.” [*ppm:milyonda bir kısım]
Mavrikakis ve Besenbacher metal oksit konusundaki kendi teorik ve deneysel ustalıklarından yararlanırken araştırmalarında en ufak miktardaki suyun bile varlığını buldular. Diğer bi deyişle metal oksitlenerek suyun içindeki hidrojenin difüzlenmesi suyun yokluğundaki ortamdan 10000 trilyon kat daha hızlı gerçekleşir. Su olmaması durumunda hareketi arttırmak için ısı gereklidir.
Besenbacher ve çalışma arkadaşları dünyanın en hızlı tarama mikroskoplarından birine sahipler. Bu sayede su varlığında hidrojen atomunun ne kadar hızlı bir şekilde demir oksit üzerinde dağıldığını görebildiler.
Mavrikakis ve ekibi temel mekanizmanın nasıl gerçekleştiğini açıklamak için atomik boyutta maddenin davranışını inceleyen fiziğin bir dalı olan kuantum mekaniğini kullandı. Esasen, su mevcut olduğu zaman, hidrojen proton transferi yoluyla dağılır,oksidin yüzeyindeki hidrojen atomları yakınındaki su molekülüne “atlayarak” hidronyum iyonunu oluşturur.(h2o+h=h3o) sonra o da içerdiği extra protonu oksit yüzeyine iletir ve su molekülü açığa çıkar. Bu tekrarlanan işlem oksit yüzeyi üzerinde hidrojenin hızlı difüzyonuna yol açar.