蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室（US Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory）和斯坦福大學(xué)（Stanford University）的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新方法，通過(guò)將單銥原子錨定在催化劑表面，提高水分子分解的效率，使其達(dá)到創(chuàng)記錄水平。

（圖片來(lái)源：SLAC）

這是首次在析氧反應(yīng)中運(yùn)用這種方法。該反應(yīng)是電解過(guò)程的一部分，該過(guò)程使用電力將水分解為氫和氧。如果采用可再生能源提供動(dòng)力，通過(guò)電解可以更可持續(xù)地生產(chǎn)燃料和化學(xué)原料，并減少使用化石燃料。但OER的反應(yīng)速度緩慢，一直是提高電解效率及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的瓶頸。

本項(xiàng)研究的結(jié)果能夠緩解這一問(wèn)題，為觀察和了解單原子催化劑中心如何在真實(shí)工作條件下運(yùn)行開(kāi)辟新的途徑。催化劑是化學(xué)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，承載著可持續(xù)能源未來(lái)的希望。催化劑像月老一樣，抓住流經(jīng)液體或氣體的分子，讓它們互相發(fā)生反應(yīng)，而不是被自身消耗掉。為了充分提高這一過(guò)程的效率，通常將催化劑納米顆粒分散在多孔材料的表面，從而提供最大表面積，支持同時(shí)發(fā)生許多反應(yīng)。

但是，只有納米顆粒外面的原子可以參與催化過(guò)程，內(nèi)部的原子往往都浪費(fèi)了。如果催化劑中用的是非常昂貴的金屬，如銥或鉑，甚至少量浪費(fèi)的代價(jià)也是很高的。因此，科學(xué)家們一直在探討使用這些貴重金屬的單個(gè)原子。每個(gè)原子是一個(gè)催化反應(yīng)中心，其尺寸非常小，因此，既定載體結(jié)構(gòu)的表面可以容納更多的原子。這極大地提高了接觸反應(yīng)物的活性催化劑的數(shù)量，以及可以同時(shí)發(fā)生的反應(yīng)數(shù)量，從而提高了效率。

在本項(xiàng)研究中，由SLAC和斯坦福大學(xué)的Yi Cui和SLAC的科學(xué)家Michal Bajdich領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新方法，將單個(gè)銥原子錨定在載體表面上。斯坦福大學(xué)的博士后研究人員 Xueli Zheng和Jing Tang進(jìn)行了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，并得到SLAC副研究員Alessandro Gallo的X射線數(shù)據(jù)理論模擬支持，從而揭示哪種配置最為穩(wěn)定和有效。

為了制造這種新催化劑，科學(xué)家們首先制造了一種多孔結(jié)構(gòu)，以支撐可以催化反應(yīng)的銥原子。接著，使這種泡沫狀結(jié)構(gòu)暴露在含有銥化合物的溶液中。通過(guò)迅速冷凍該溶液，在表面上創(chuàng)造了一種富銥薄冰層。然后，進(jìn)行額外的加工過(guò)程，以創(chuàng)建分布均勻的位點(diǎn)，使單個(gè)銥原子緊密地貼在載體表面上。

對(duì)工作中的催化劑進(jìn)行X射線觀察顯示，銥原子處于一種化學(xué)狀態(tài)，在水分解反應(yīng)釋放氧氣的過(guò)程中發(fā)揮了特別有效的作用。其他測(cè)試表明，活性增強(qiáng)的原因完全在于銥以單個(gè)孤立原子的形式存在，而不僅僅是因?yàn)榍度氲谋砻娣e很大。

據(jù)報(bào)告，比起目前大多數(shù)銥基催化劑，這種催化劑的表現(xiàn)更加出色。研究人員表示，這種新的原子錨定系統(tǒng)，為探討和在催化劑及其載體結(jié)構(gòu)之間建立聯(lián)系提供了一個(gè)理想的模型。

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