該團(tuán)隊(duì)今天在“ 美國國家科學(xué)院院刊”上報(bào)告說，尋找新的解決方案以更有效地收獲和儲存太陽能，來自美國和中國的科學(xué)家合成了一種新的雙原子催化劑，作為人工光合作用的平臺。。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種僅含有兩個(gè)活性金屬中心的銥催化劑。最重要的是，實(shí)驗(yàn)表明催化劑是一種定義明確的結(jié)構(gòu)，能夠成為未來太陽能燃料合成研究的生產(chǎn)平臺。

“我們的研究涉及直接太陽能儲存技術(shù)，”該報(bào)告的第一作者波士頓學(xué)院化學(xué)副教授王敦偉表示。“它解決了太陽能間歇性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。它通過直接收集太陽能并將能量存儲在化學(xué)鍵中來實(shí)現(xiàn)，類似于光合作用的執(zhí)行方式，但效率更高，成本更低。”

研究人員花費(fèi)了大量時(shí)間研究單原子催化劑(SACs)，很少研究出具有兩個(gè)原子的“原子分散催化劑”。在一篇題為“用于太陽能水氧化的金屬氧化物基質(zhì)上負(fù)載的穩(wěn)定的銥雙核多相催化劑”的論文中，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了以一種簡便的光化學(xué)方式合成銥雙核非均相催化劑。該催化劑具有出色的穩(wěn)定性和對水氧化的高活性，水氧化是天然和人工光合作用的必要過程。

專注于催化這一方面的研究人員在多相催化劑的開發(fā)中遇到了特殊的挑戰(zhàn)，這種催化劑廣泛用于大規(guī)模工業(yè)化學(xué)轉(zhuǎn)化。大多數(shù)活性非均相催化劑的原子結(jié)構(gòu)通常定義不明確，這使得難以在分子水平上評估詳細(xì)機(jī)理。

該團(tuán)隊(duì)能夠利用新技術(shù)評估單原子催化劑，并開發(fā)一個(gè)材料平臺來研究需要多個(gè)活性位點(diǎn)的重要和復(fù)雜反應(yīng)。

王說，研究小組開始著手確定“用于水氧化的最小活性和最耐久的非均相催化劑單元是什么。以前，研究人員已經(jīng)提出這個(gè)問題并且只在均相催化劑中找到了答案，其耐久性很差。我們第一次看到了非均相催化劑在清潔能源生產(chǎn)和儲存方面的潛力。“

該團(tuán)隊(duì)還在勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源進(jìn)行了X射線實(shí)驗(yàn)，這有助于確定銥催化劑的結(jié)構(gòu)。他們在測量中使用了兩種技術(shù)：X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(EXAFS)和X射線吸收近邊緣結(jié)構(gòu)(XANES)。這些實(shí)驗(yàn)為更好地理解新催化劑提供了關(guān)鍵證據(jù)。

Wang說，該團(tuán)隊(duì)對催化劑的簡單性和耐久性以及對所需的水氧化反應(yīng)的高活性感到驚訝。

Wang說，研究的下一步包括進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)際使用的催化劑，以及檢測催化劑可應(yīng)用于新化學(xué)轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域。

除了Wang和他在波士頓學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)之外，該研究還涉及加州大學(xué)歐文分校的科學(xué)家。耶魯大學(xué); 塔夫茨大學(xué); 和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，以及中國機(jī)構(gòu)清華大學(xué)和南京大學(xué)。