“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”

根据世界汽车信息，美国能源部slac国家加速器研究所( USDEPartMentofenergy’SSlacnational Acceleratorlaboratory )和斯坦福大学)的科学家们将单一的铱

(图像来源: slac )

这是首次用于氧气分解反应。 这个反应是电解过程的一部分，这个过程利用电力把水分解成氢和氧。 如果使用可再生能源提供动力，通过电解可以更可持续地生产燃料和化学原料，减少化石燃料的采用。 但是，oer的反应速度慢，是提高电解效率及其市场竞争力的瓶颈。

本研究的结果可以缓解这一问题，为注意和理解单原子催化中心是如何在实际业务条件下运行开辟新的途径。 催化剂是化学产业的基础，承载着可持续能源未来的希望。 催化剂会留住和月球一样在液体和气体中流动的分子，不是自己消耗，而是相互反应。 为了充分提高该工艺的效率，一般将催化纳米粒子分散在多孔材料的表面，提供最大表面积，支持和产生多个反应。

但是，能够参与催化过程的只有纳米粒子外侧的原子，内部的原子大多是无用的。 如果催化剂使用铱或铂等非常昂贵的金属，则少量浪费的成本也会变高。 为此，科学家们一直在考虑采用这些贵重金属的单一原子。 各原子是催化反应的中心，其尺寸非常小。 这样，规定的载体结构的表面可以容纳越来越多的原子。 由此，接触反应物的活性催化剂的量和可能且发生的反应的量大幅提高，效率提高。

在这项研究中，由slac、斯坦福大学的yi cui和slac的科学家michal bajdich率领的团队开发了将单一铱原子锚定在载体表面的新方法。 斯坦福大学的博士后研究员xueli zheng和jing tang做了这个实验，得到了slac副研究员alessandro gallo的x光数据理论模拟支持，明确了哪个构成最稳定、最有效。

为了制造这种新的催化剂，科学家们首先制作了多孔结构，支持了能够催化反应的铱原子。 接着，将该泡状结构暴露在含有铱化合物的溶液中。 通过迅速冷冻这个溶液，在表面制作了富含铱的薄冰层。 然后进行追加加工工艺，形成分布均匀的位点，使单一的铱原子紧贴载体表面。

用x射线照射业务中的催化剂时，铱原子处于化学状态，在水的分解反应释放氧气的过程中起着特别有效的作用。 其他测试表明，活性增强的原因是铱作为单一的孤立原子存在，而不仅仅是嵌入的表面积大。

报告表明，该催化剂的性能优于目前许多铱基催化剂。 研究人员表示，这种新的原子锚定系统为研究和建立催化剂及其载体结构之间的联系提供了理想的模型。