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        研究為水分解催化劑提供了新的設(shè)計原理
        
			
        
				2019-12-19 10:49:44
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        科學(xué)家早就知道，到目前為止，鉑是分解水分子以產(chǎn)生氫氣的最佳催化劑。布朗大學(xué)研究人員的一項新研究表明了鉑為何如此好地工作-這并不是被假定的原因。
        

        這組作者說，這項發(fā)表在ACS Catalysis上的研究有助于解決近一個世紀的研究問題。而且它可以幫助設(shè)計比鉑便宜和豐富的新型制氫催化劑。這最終可能有助于減少化石燃料的排放。
        

        研究為水分解催化劑提供了新的設(shè)計原理
        

        布朗工程學(xué)院副教授，該研究的資深作者安德魯·彼得森說：“如果我們能找到如何廉價有效地制氫，它將為許多實用的無化石燃料和化學(xué)解決方案打開大門。” 。“氫氣可以用于燃料電池，可以與過量的CO2結(jié)合使用來制造燃料，或者與氮氣結(jié)合使用來制造氨肥。我們可以用氫做很多事情，但是要將水分解成可擴展的氫源，我們需要一種更便宜的催化劑。 ”
        

        彼得森說，設(shè)計新的催化劑首先要了解是什么使鉑在該反應(yīng)中如此特別，這就是這項新研究的目的。
        

        長期以來，鉑金的成功歸功于其“戈爾德洛克”的約束力。理想的催化劑既不會使分子反應(yīng)得太松也不會太緊，而是停留在中間的某個位置。分子太松散地結(jié)合，很難開始反應(yīng)。束縛得太緊，分子粘在催化劑表面，使反應(yīng)難以完成。氫在鉑上的結(jié)合能恰好完美地平衡了水分解反應(yīng)的兩個部分，因此大多數(shù)科學(xué)家認為，正是這種特性使鉑變得如此出色。
        

        彼得森說，但是有理由懷疑那幅畫是否正確。例如，一種稱為二硫化鉬(MoS2)的材料具有與鉑相似的結(jié)合能，但對于水分解反應(yīng)而言卻是更差的催化劑。彼得森說，這表明束縛的能量不可能是全部。
        

        為了發(fā)現(xiàn)正在發(fā)生的事情，他和他的同事們使用一種特殊的方法研究了鉑催化劑上的水分解反應(yīng)，他們開發(fā)了一種特殊的方法來模擬電化學(xué)反應(yīng)中單個原子和電子的行為。
        

        分析表明，當(dāng)反應(yīng)速率高時，以“ Goldilocks”結(jié)合能結(jié)合到鉑表面的氫原子實際上根本不參與反應(yīng)。相反，它們位于鉑的表面結(jié)晶層中，并保持惰性狀態(tài)。確實參與反應(yīng)的氫原子的束縛力遠比所謂的“戈爾德洛克”能量弱。它們沒有嵌套在晶格中，而是位于鉑原子的??頂部，它們可以自由相遇形成H2氣體。
        

        研究人員得出結(jié)論，正是由于表面氫原子的自由移動，鉑才如此具有活性。
        

        彼得森說：“這告訴我們，對于高活性區(qū)域，尋找這種'金發(fā)姑娘'的結(jié)合能并不是正確的設(shè)計原則。” “我們建議設(shè)計使氫處于這種高度流動和反應(yīng)狀態(tài)的催化劑是可行的方法。”
        
			

			
          
        
			
        
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