“MIT研究使催化表面更加活跃 帮助燃料和化学品脱碳”

利用盖世塔尔特汽车新闻催化剂加速的电化学反应是制造和采用燃料、化学物质、材料的工艺核心，包括将可再生能源的电力储存在化学键中，这也是输送燃料脱碳的重要方法。 据外国媒体报道，麻省理工学院( mit )最近研究了一种使某些催化剂更加活跃，从而提高这类工艺效率的新工艺。

新工艺制备的催化剂可以提高化学反应效率五倍，有可能产生对生物化学、有机化学、环境化学、电化学有用的新工艺。 相关内容已经发表在期刊《nature catalysis》上。 论文作者有麻省理工学院机械工程与材料科学与工程教授、电子研究实验室( rle )成员yang shao-horn、rle博士后tao wang、机械工程系研究生yirui zhang等。 这个工艺包括在金或铂催化剂和化学原料之间添加所谓的离子液体。 用这种方法制造的催化剂可以更有效地将氢燃料转换为燃料电池等动力装置，也可以更有效地将二氧化碳转换为燃料。

(图片来源:麻省理工学院)

shao-horn说:“脱碳迫在眉睫，行业包括向轻型车辆以外的其他车辆提供动力的方法、制造燃料的过程以及制造材料和化学物质的技术。 这种提高催化活性的新技术可以向这个方向迈出重要的一步。 ”

燃料电池等电化学装置采用氢气很有潜力，可以对航空空和大型车辆等进行脱碳，但新工艺使这种用途更为实用。 但是，现在这种向燃料电池提供动力的氧还原反应由于其效率低下而受到限制。 迄今为止改善效率的方法大多是使用不同的催化剂材料或改良表面组成和结构。

但是，在这项研究中，这个团队没有重新制作固体表面，而是在催化剂和电解质之间添加薄层，这个活性物质参与化学反应。 研究人员发现，离子液体层可以调节质子的活性，加快界面发生的化学反应的速度。

由于这种离子液体有多种选择，因此可以使质子的活性和反应速度与质子移动所需的能量一致。 其中，质子转移可以用于与氧气反应制造燃料和化学物质。

shao-horn认为，“质子活性和质子转移势垒由离子液体层控制，这是因为与质子和电子转移相关的反应催化活性有很大的调节性。 这个效果来自只有几纳米的液体层，上面有更厚的液体来反应。 ”

这篇论文的第一作者wang说:“我认为这个新奇的概念非常重要。 已知质子活动在许多电化学反应中非常重要，但研究非常困难。 这是因为，在水环境中，所涉及的相邻水分子之间存在非常大的相互作用，不容易分辨出发生了这些反应。 通过使用离子液体，其离子只能与中间材料形成单键，这是因为可以利用红外光谱详细研究反应。 ”

wang说:“因此，我们的发现是界面电解质，特别是分子间氢键在提高电催化工艺活性方面发挥了重要作用。 这个发现在量子力学的立场上提供了对量子质子转移机制的基本认识，推动了对质子和电子在催化剂界面上相互作用的理解。 ”

张伟说:“这项工作也很兴奋，可以为人们提供调整催化剂的设计。 我们需要有点“最佳位置”的种类，其活性和惰性都不要太大，以提高反应速度。 ”