研究人员开发原子锚定催化剂系统 将水分解效率提高至创纪录水平

据国外媒体报道，来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家们开发了一种新方法，通过将单个铱原子锚定在催化剂表面来提高水分子分解的效率，使其达到创纪录的水平。

(来源:SLAC)

这是首次在析氧反应中使用这种方法。该反应是电解过程的一部分，电解过程利用电力将水分解成氢气和氧气。如果使用可再生能源来提供电力，则可以通过电解更可持续地生产燃料和化学原材料，并且可以减少化石燃料的使用。然而，OER反应速度慢一直是提高电解效率和市场竞争力的瓶颈。

这项研究的结果可以缓解这一问题，并为观察和理解单原子催化剂中心在实际工作条件下如何工作开辟了一条新的途径。催化剂是化学工业的基础，承载着未来可持续能源的希望。催化剂就像月球长老一样，捕捉流经液体或气体的分子，让它们相互反应，而不是被自己消耗掉。为了充分提高这一过程的效率，催化剂纳米颗粒通常分散在多孔材料的表面，以提供最大的表面积，并同时支持许多反应。

然而，只有纳米颗粒外面的原子才能参与催化过程，而里面的原子往往被浪费掉。如果在催化剂中使用非常昂贵的金属，如铱或铂，即使是少量的废物也会很昂贵。因此，科学家们一直在探索这些贵金属单原子的用途。每个原子都是一个催化反应中心，其尺寸非常小，所以给定的载体结构表面可以容纳更多的原子。这极大地增加了接触反应物的活性催化剂的数量和可以同时发生的反应的数量，从而提高了效率。

在这项研究中，由LAC，斯坦福大学的崔屹和LAC的Michal Bajdich领导的团队开发了一种新方法，将单个铱原子锚定在载体表面。斯坦福大学的博士后研究员郑学利和唐菁进行了这项实验，该实验得到了SLAC副研究员亚历山德罗·加洛(Alessandro Gallo)对X射线数据的理论模拟的支持，以揭示哪种配置是最稳定和有效的。

为了制造这种新的催化剂，科学家们首先制作了一种多孔结构来支撑可以催化反应的铱原子。接下来，将这种泡沫状结构暴露于含有铱化合物的溶液中。通过快速冷冻溶液，在表面形成了富含铱的薄冰层。然后，进行额外的处理以产生均匀分布的位点，使得单个铱原子可以紧密地附着到载体的表面。

对工作催化剂的x射线观察表明，铱原子处于化学状态，在水分解反应释放氧的过程中起着特别有效的作用。其他测试表明，活性的增加完全是因为铱作为单个孤立原子的存在，而不仅仅是因为嵌入的表面积大。

据报道，这种催化剂的性能优于目前大多数铱基催化剂。研究人员表示，这种新的原子锚定系统为探索和建立催化剂与其支撑结构之间的关系提供了一个理想的模型。据国外媒体报道，来自美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家们开发了一种新方法，通过将单个铱原子锚定在催化剂表面来提高水分子分解的效率，使其达到创纪录的水平。

(来源:SLAC)

这是首次在析氧反应中使用这种方法。该反应是电解过程的一部分，电解过程利用电力将水分解成氢气和氧气。如果使用可再生能源来提供电力，则可以通过电解更可持续地生产燃料和化学原材料，并且可以减少化石燃料的使用。然而，OER反应速度慢一直是提高电解效率和市场竞争力的瓶颈。

本研究的结果可以缓解这一问题，并为观察和理解单原子催化剂中心在实际工作条件下如何工作开辟了一条新的途径……选项。催化剂是化学工业的基础，承载着未来可持续能源的希望。催化剂就像月球长老一样，捕捉流经液体或气体的分子，让它们相互反应，而不是被自己消耗掉。为了充分提高这一过程的效率，催化剂纳米颗粒通常分散在多孔材料的表面，以提供最大的表面积，并同时支持许多反应。

然而，只有纳米颗粒外面的原子才能参与催化过程，而里面的原子往往被浪费掉。如果在催化剂中使用非常昂贵的金属，如铱或铂，即使是少量的废物也会很昂贵。因此，科学家们一直在探索这些贵金属单原子的用途。每个原子都是一个催化反应中心，其尺寸非常小，所以给定的载体结构表面可以容纳更多的原子。这极大地增加了接触反应物的活性催化剂的数量和可以同时发生的反应的数量，从而提高了效率。

在这项研究中，由LAC，斯坦福大学的崔屹和LAC的Michal Bajdich领导的团队开发了一种新方法，将单个铱原子锚定在载体表面。斯坦福大学的博士后研究员郑学利和唐菁进行了这项实验，该实验得到了SLAC副研究员亚历山德罗·加洛(Alessandro Gallo)对X射线数据的理论模拟的支持，以揭示哪种配置是最稳定和有效的。

为了制造这种新的催化剂，科学家们首先制作了一种多孔结构来支撑可以催化反应的铱原子。接下来，将这种泡沫状结构暴露于含有铱化合物的溶液中。通过快速冷冻溶液，在表面形成了富含铱的薄冰层。然后，进行额外的处理以产生均匀分布的位点，使得单个铱原子可以紧密地附着到载体的表面。

对工作催化剂的x射线观察表明，铱原子处于化学状态，在水分解反应释放氧的过程中起着特别有效的作用。其他测试表明，活性的增加完全是因为铱作为单个孤立原子的存在，而不仅仅是因为嵌入的表面积大。

据报道，这种催化剂的性能优于目前大多数铱基催化剂。研究人员表示，这种新的原子锚定系统为探索和建立催化剂与其支撑结构之间的关系提供了一个理想的模型。

标签：

汽车资讯热门资讯