新型雙原子催化劑有望通過人工光合作用獲得清潔能源

中美合作研究出新的銥雙核異構催化劑結構展現出的明亮的原子對。這種新型催化劑被認為是人們通過人工光合作用生產和儲存清潔能源的一種進步。來源：美國國家科學院

自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，並不斷得到發展。科研人員為了尋找新的能源解決方案，更有效地收集和儲存太陽能，來自美國和中國的科學家合成了一個新的雙原子催化劑，使用這種催化劑作為人工光合作用的平台，這個研究小組的報告今天在美國國家科學院進行了報告。

研究小組開發了一種銥催化劑，這種新型催化劑只有兩個活性金屬中心。最重要的是，實驗表明這種催化劑是一個明確的結構，可以作為未來太陽能燃料合成研究的生產平台。

「我們的研究是關注太陽能直接存儲的技術，」波士頓學院化學系Dunwei Wang副教授說，他是這次研究報告的主要作者。這個報告解決了太陽能使用方面間一個嚴峻的挑戰。它通過直接收集太陽能並將能量儲存在化學鍵中，類似於植物的光合作用，但它的效率更高，成本更低。

以前，研究人員花了大量的時間專註於單原子催化劑，他們很少探討「原子分散催化劑」具有兩個原子的這種情況。在一篇題為「金屬氧化物基負載穩定銥雙核催化劑使太陽能水氧化，」的文章中，研究小組報道合成銥雙核異構催化劑採用了一個淺顯的光化學方法。這種新型催化劑表現出優異的穩定性和較高的水氧化活性，是天然和人工光合作用必不可少的過程。

科研工作者重點研究了催化反應這一方面，特別是在大規模工業化學轉化中廣泛應用的非均相催化劑，它的發展遇到了特殊的挑戰。大多數活性非均相催化劑在其原子結構中往往難以進行定義，這使得在分子水平上評估詳細的機理很困難。

令人驚喜的是，該科研小組能夠利用新技術評估單原子催化劑，並開發一個材料平台來研究重要和複雜的反應，這些反應需要一個以上的活性位點。

Wang說，研究小組現在著手確定「最小活性和最持久的非均相催化水氧化催化劑的單元是什麼」。以前，很多研究人員已經問過了這個問題，但是他們只有在其耐久性較差的均質催化劑中才能找到答案。現在，我們第一次看到了非均質催化劑在清潔能源生產和儲存方面的潛力。」

研究小組還在勞倫斯伯克利國家實驗室先進光源上進行了X射線實驗，這有助於確定銥催化劑的結構。他們使用了兩種技術：X射線吸收精細結構（EXAFS）和X射線吸收近邊結構（XANES）。這些實驗為更好地理解新催化劑提供了重要的證據。

Wang說，研究小組對催化劑的簡單性和持久性感到驚訝，同時催化劑也結合了對水氧化反應的高活性。

團隊領導者Wang說，我們研究的下一步包括：進一步優化催化劑的實際使用效果以及對催化劑可以應用於新化學轉化領域的研究。

文章來自phys網站，原文題目為New dual-atom catalyst shows promise to yield clean energy by artificial photosynthesis，由材料科技在線匯總整理。

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