研究小組在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上報(bào)告稱，美國(guó)和中國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)合成了一種新的雙原子催化劑，作為人工光合作用的平臺(tái)，尋找新的解決方案，以更有效地收獲和儲(chǔ)存太陽(yáng)能。

該小組開發(fā)了一種銥催化劑，其中只有兩個(gè)活性金屬中心。最重要的是，實(shí)驗(yàn)表明，該催化劑是一個(gè)定義明確的結(jié)構(gòu)，能夠作為未來太陽(yáng)能燃料合成研究的生產(chǎn)平臺(tái)。

“我們的研究涉及直接太陽(yáng)能存儲(chǔ)技術(shù)。”該報(bào)告的主要作者、波士頓學(xué)院化學(xué)副教授Dunwei Wang說，“它解決了太陽(yáng)能間歇性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。它通過直接收集太陽(yáng)能并將能量?jī)?chǔ)存在化學(xué)鍵中，就像光合作用的執(zhí)行方式一樣，但效率更高，成本更低。”

研究人員花了大量的時(shí)間在單原子催化劑（SACs）上，而很少探索以兩個(gè)原子為特征的“原子分散催化劑”。在題為“用于太陽(yáng)能水氧化的金屬氧化物載體上負(fù)載穩(wěn)定的銥雙核非均相催化劑”的論文中，該小組報(bào)告了以一種便利的光化學(xué)方式合成銥雙核多相催化劑的情況。該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和較高的水氧化活性，是自然光合作用和人工光合作用的重要過程。

專注催化方面的研究人員在多相催化劑的發(fā)展中遇到了特別的挑戰(zhàn)，這些催化劑被廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化學(xué)轉(zhuǎn)化中。大多數(shù)活性多相催化劑的原子結(jié)構(gòu)往往沒有很好的定義，這使得難以評(píng)估分子水平的詳細(xì)機(jī)制。

該小組利用新技術(shù)對(duì)單原子催化劑進(jìn)行了評(píng)估，并開發(fā)了一個(gè)材料平臺(tái)，以研究需要一個(gè)以上活性中心的重要和復(fù)雜的反應(yīng)。

Wang說，研究小組著手確定“水氧化反應(yīng)中最小的活性和最耐用的多相催化劑單元是什么”。此前，研究人員提出了這個(gè)問題，并且只在同質(zhì)催化劑中找到了答案，后者的耐久性較差。我們第一次看到了多相催化劑在清潔能源生產(chǎn)和儲(chǔ)存方面的潛力。

該小組還在勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)光源進(jìn)行了X射線實(shí)驗(yàn)，以幫助確定銥催化劑的結(jié)構(gòu)。他們采用了兩種技術(shù)：X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）和X射線近邊結(jié)構(gòu)（XANES）。這些實(shí)驗(yàn)為更好地理解這種新催化劑提供了重要的證據(jù)。

Wang說，該團(tuán)隊(duì)對(duì)這種催化劑的簡(jiǎn)單性和耐久性感到驚訝，同時(shí)對(duì)水氧化反應(yīng)的高活性也感到驚訝。

Wang說，下一步的研究工作包括進(jìn)一步優(yōu)化催化劑的實(shí)際應(yīng)用，并檢查催化劑在哪些領(lǐng)域可以應(yīng)用于新的化學(xué)轉(zhuǎn)化。

除了Wang和他在波士頓學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)外，參與這項(xiàng)研究的還有來自加州大學(xué)歐文分校、耶魯大學(xué)、塔夫茨大學(xué)、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及中國(guó)清華大學(xué)和南京大學(xué)的科學(xué)家。

這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)能源部以及中國(guó)的科學(xué)機(jī)構(gòu)資助。