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新型催化劑將水解制氫效率提高200倍

2024-12-02 17:23  瀏覽:  

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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