太陽能燃料生產的新進展——揭示水分解催化機理

【概要】加州理工的研究人員近期發現，催化劑可以利用太陽能來分解水，這為太陽能燃料的生產打開了提升經濟效益的大門。

【圖注】加州理工學院所開發的太陽能燃料催化劑的分子結構球棒模型。藍色代表鐵；綠色是鎳；紅色是氧氣；白色是氫。

多年來，太陽能燃料的研究重點是開發催化劑，僅使用陽光便能將水分解成氫氣和氧氣，其所產生的氫燃料可用於驅動機動車輛，電力設備和燃料電池。燃燒氫氣僅會生成水，所以大氣中不會有碳污染。

2014年，加州理工化學院Arnold O. Beckman教授的Harry Gray實驗室研究人員開發了一種由鎳和鐵層所組成的水分解催化劑。但其催化機理尚不明確，許多研究人員假設催化劑的水分解能力在於鎳層，而非鐵原子。

為了弄清楚其反應機理，Resnick 研究所的前研究員Bryan Hunter以及他在Gray實驗室的同事們創造了一個實驗裝置，使得水的催化劑失效。他說：「當你拿走一些水時，其反應速度會變慢，此時你可以拍攝反應過程的來龍去脈。

這些照片揭示了催化劑的活性位點，即水被分解成氧氣的具體位置，這表明鐵正在進行水分解反應，而非鎳原子。「我們的實驗支持機制與提出的有很大的不同，」Hunter說，「現在我們可通過改變這種材料來改善它的性能。」

Gray一直關注太陽能燃料，他說這個發現將成為該領域的「遊戲規則改變者」。他說：「這將揭示鐵在該催化劑上的潛在優越性能。人們在四五年內會將這些催化劑應用於商業，其迅猛的發展趨勢不足為奇。」

本文由材料人編輯部李妹編輯，點我加入材料人編輯部。

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