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美开发出用酸水制备氢气的新催化剂

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出处:本文来源于网络
发布时间:2012-3-9 10:29:50

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 据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家们研发出一种新技术,并用其制造出一种在结构和化学性质上与广泛使用的工业催化剂辉钼矿的活跃部分相类似的新分子。新技术可用来制造出比铂更高效且廉价的新型催化剂,从酸性水中制备氢气。研究发表在近日出版的《科学》杂志上。

  劳伦斯伯克利国家实验室的赫马马拉·卡伦娜达萨领导的科研团队与加州大学伯克利分校的科学家携手合成出该分子。其能模拟沿着辉钼矿晶体边缘的三角形二硫化钼单元。科学家们表示,从催化角度而言,块状辉钼矿晶体材料相对来说是惰性的,但其边界点拥有催化活性,因此,与边界点类似的分子能被用来制造更高效且更廉价的新型催化剂,让科学家们能用更少的材料获得同样的催化效果。

  辉钼矿是金属钼的晶体硫化物,也是提炼钼铁的主要矿物质,一般用作润滑剂,但它也是标准的催化剂,可用于剔除石油和天然气中的硫以便减少其燃烧时二氧化硫的排放量。最近已有研究证明,辉钼矿纳米粒子也能作为用水制备氢气的电化学和光化学反应的催化剂。

  目前,最好的制氢方法是使用铂催化剂,将水分子分解为氢分子和氧分子。然而,随着铂价飙升,人们急需一种低成本的替代催化剂。辉钼矿储藏丰富且成本仅为铂的七十分之一,因此,科学家们开始研究辉钼矿在制氢中的潜力,希望借此研发出一种便宜、高效且碳中和的制氢手段。但辉钼矿也有问题。高分辨率扫描隧道显微镜研究和理论计算已确定辉钼矿仅其三角形二硫化钼边界具有催化活性,但制造出具有更高密度的有催化作用的边界点的辉钼矿是一个巨大挑战。

  研究团队使用一种PY5Me2配位体制造出了一个二硫化钼分子,尽管自然界中并没有该分子,但其性能稳定且结构与辉钼矿三角形的边界点一样,其也能形成一层与构建辉钼矿硫化物边界类似的材料。利用新分子作为配体合成出的辉钼矿复合物能高效地催化从酸水中制备氢气的反应。

  研究人员杰弗里·龙指出:“我们能通过修改配位体来调整这种分子的电子结构,这表明,我们能定制所得材料的活性、稳定性以及氢还原要求的超电势来改善其性能。”

  研究人员克里斯托弗·张表示:“我们现在正在研制与其他催化材料内的活跃点类似的分子,其有望在更大pH范围的环境下工作,同时研究光驱动的催化反应。最新分子或许并不能完全替代现有催化剂,但它确实提供了一种增加无机固体催化材料的活性点密度的方法,让我们能‘花小钱,办大事’。”(刘霞)

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