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新型催化劑將水解制氫效率提高200倍

   2024-12-02 科技日報

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核心提示:水解制氫過程及應用(藝術圖)。圖片來源:美國趣味工程網站德國馬克斯普朗克研究所科學家研制出一種獨特的拓撲手性晶體,并將其用
 


水解制氫過程及應用(藝術圖)。

圖片來源:美國趣味工程網站

德國馬克斯·普朗克研究所科學家研制出一種獨特的拓撲手性晶體,并將其用作水解制氫過程中的催化劑。通過操控該晶體內電子自旋,科學家將水解制氫效率提升了200倍。相關論文發表于最新一期《自然·能源》雜志。

作為一種清潔燃料,氫氣來源豐富、能量密度高,可替代化石燃料,用于運輸、發電等多個領域。但是,目前99%的氫氣來源于化石能源重整,這一過程會排放出大量二氧化碳。而水解制氫技術通過將水分子分解為氫氣和氧氣來生產清潔的氫氣,無疑是一條極具前景的綠色能源之路。

不過,水解制氫也面臨不小的挑戰。其中,析氧反應便是制約其效率提升的“絆腳石”。析氧反應涉及一系列復雜且緩慢的電子轉移步驟,極大地降低了水分解過程的效率,進而影響其成本效益。鑒于此,科學家正積極探索加快析氧反應的新方法。

最新研究中,科學家設計出了一種由銠、硅、錫和鉍等多種元素組成的拓撲手性晶體。這些晶體的原子具有獨特的左旋或右旋排列結構,使其能以特定方式與光和其他手性分子相互作用。而且,這一晶體的獨特組成能高效地操控晶體內電子的自旋,使電子在水分解過程中更快速地“奔赴”氧氣生成位點。

電子轉移速度的加快顯著提高了整體反應速率。與利用傳統催化劑相比,新催化劑的加入將水分解過程的效率提高了200倍。但目前研制出的催化劑仍然含有稀有元素,未來將很快推出高效且可持續的催化劑。




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