新型双原子催化剂显示有望通过人工光合作用产生清洁能源

2019-10-15 17:55:37

该小组今天在《美国国家科学院院刊》上报告说,为了寻求新的解决方案以更有效地收集和储存太阳能,美国和中国的科学家合成了一种新型的双原子催化剂,可以用作人工光合作用的平台。。

该团队开发了仅具有两个活性金属中心的铱催化剂。最重要的是,实验表明该催化剂具有明确的结构,能够作为太阳能研究的进一步研究的生产平台。

该报告的主要作者波士顿大学化学副教授王敦伟说:“我们的研究涉及直接太阳能存储技术。” “它解决了太阳能间歇性的关键挑战。它是通过直接收集太阳能并将能量存储在化学键中来实现的,这与光合作用的执行方式相似,但效率更高且成本更低。”

研究人员在单原子催化剂(SAC)上花费了相当多的时间,很少探索具有两个原子的“原子分散催化剂”。在题为“负载在金属氧化物基质上的稳定铱二核非均相催化剂用于太阳能水氧化”的论文中,研究小组报告了以简便的光化学方法合成铱二核非均相催化剂。该催化剂显示出出色的稳定性和对水氧化的高活性,这是自然和人工光合作用的必不可少的过程。

专注于催化这一方面的研究人员在开发非均相催化剂方面遇到了特殊的挑战,该催化剂已广泛用于大规模工业化学转化中。大多数活性非均相催化剂的原子结构往往定义不清,这使得难以在分子水平上评估详细的机理。

该团队能够利用新技术评估单原子催化剂,并开发了一个材料平台来研究重要和复杂的反应,这些反应需要多个活性位点。

Wang说,研究人员着手确定“用于水氧化的最小的活性和最耐用的非均相催化剂单位可能是多少。以前,研究人员曾问过这个问题,并且仅在耐久性较差的均相催化剂中找到了答案。第一次,我们瞥见了非均相催化剂在清洁能源生产和存储中的潜力。”

该小组还在劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源上进行了X射线实验,该实验有助于确定铱催化剂的结构。他们在测量中使用了两种技术:X射线吸收精细结构(EXAFS)和X射线吸收近边缘结构(XANES)。这些实验提供了关键的证据,可以更好地理解这种新催化剂。

Wang说,该团队对催化剂的简单性和耐用性以及对期望的水氧化反应的高活性感到惊讶。

王说,研究的下一步包括进一步优化催化剂的实用性,并研究催化剂可用于新化学转化的领域。

除了Wang和他在波士顿学院的研究团队之外,该研究还包括来自加州大学尔湾分校的科学家;耶鲁大学; 塔夫茨大学 劳伦斯·伯克利国家实验室,以及清华大学和南京大学的中国机构。

该研究由美国国家科学基金会,美国能源部以及中国的科学机构资助。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。