化学家们发现了一种与非均相催化剂合作的新方法

admin 2018-05-14

科学家已经开发出一种新的方法来处理铱等催化剂。

科学家们发现了一种新的方法来处理多相催化剂,这是能源技术开发和工业化学品生产的关键化学驱动因素。

这种新方法详细介绍了分子水平上以双原子催化剂为特征的机制,并为改善一系列催化剂的反应打开了大门 - 包括铱,一种稀有元素,其氧化形式是分解水分子的最佳催化剂之一产生H2和O2。

此外,这一发现可能具有生产可持续太阳能燃料的实际应用。

催化是通过引入另外的化学物质(称为催化剂)来提高化学反应速率的过程。催化剂开辟了连接反应物的新途径,但本身并未被消耗。

非均相催化是催化剂的一种形式,其中催化剂的相 - 通常是固体 - 与反应物的相不同。科学家说,研究异构催化剂是困难的,因为反应发生的分子位点的模糊性。

来自耶鲁大学,波士顿学院,清华大学,加州大学欧文分校,塔夫茨大学,劳伦斯伯克利国家实验室,Forschungszentrum Julich大学和南京大学的科学家在3月5日在线发表的一项新研究中解决了这一挑战。美国国家科学院。

研究人员开发了一种简单,稳定的方法,用于在氧化铁表面上以单原子和双原子形式制备铱。在用电子显微镜确认催化反应位点后,研究人员能够详细研究催化反应的机制。

“这将使我们能够加深我们对催化反应的理解,并开发更强大和更有效的催化剂,”耶鲁博士后副研究员兼该研究的第一作者Ke Yang说。 “例如,在这项研究中,我们证明具有双铱原子的催化剂比单原子铱更好地分解水。我们能够充分利用每一个铱原子。“

研究人员表示,反应中的氧化铁表面具有额外的好处。它具有吸收太阳光并驱动太阳能发生化学反应的能力。

这项研究的相关作者是耶鲁大学化学教授Victor Batista和波士顿学院的Gary Brudvig和Dunwei Wang。波士顿学院的赵艳艳是该研究的第一作者;耶鲁的团队还包括研究生凯莉·梅特纳。

“这是一种高度创新的方法,可以更好地控制化学表面的结构和催化功能,”Batista说。 “包括能量存储,电子,催化和传感在内的广泛应用可以从这种简单的方法中获益,从而实现原子级的表面设计。”

巴蒂斯塔是耶鲁大学化学系和耶鲁能源科学研究所的教员。 Brudvig是耶鲁大学化学系主任和耶鲁能源科学研究所所长。

出版物:Yanyan Zhao等人,“用于太阳能水氧化的金属氧化物基底上支撑的稳定的铱双核非均相催化剂”,PNAS,2018; DOI:10.1073 / pnas.1722137115

来源:耶鲁大学吉姆谢尔顿


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