新闻标题: 新型纳米催化剂可利用光分解水
发布时间: 2012年12月24日 阅读次数:1573    
                                                                                                              分解产生氢气,不释放温室气体
研究人员使用新的纳米催化剂,利用阳光将水分子分解,最终制出氢气燃料。
 
图片来源:Ted Pawlicki/University of Rochester
技术总是在寻找各种方法,使能源更容易地变“绿”。前不久,来自美国纽约州的研究人员制造出了一种新型长效催化剂,能够利用太阳光的能量,经过一系列反应,最终产生氢气。氢气是一种无碳燃料。
《科学》杂志在线报道称,通过进一步研究,这种催化剂有望带来能源产业的革新——工厂能够使用阳光分解水分子,制作出燃料。这种燃料能够用于汽车和卡车,不会排放任何温室气体。
也许,利用阳光分解水,最终制出燃料的想法听上去很匪夷所思。不过,研究人员做到了。他们从阳光中“捕获”了光量子,并且使用这些能量将水分子分解成氢离子和氧离子。然后,将氢离子对与一对电子——从氧离子上剥离下来的——紧密地结合在一起,从而形成氢分子(H2)。
实际上,研究人员模仿这一反应已经很多年了,但是,他们过去使用的催化剂要么太昂贵,要么很快就失去效用。因此,科学家一直在寻找更便宜、更稳定的催化剂。
为了完成这项工作,研究人员一直在寻求两个关键要素:一个好的光吸收体和一种好的催化剂。
光吸收体用来“捕获”阳光中的光量子,然后帮助生成高能电子。之后,这些“富有活力”的电子被传送到催化剂中,将氢离子“编织”成氢气。
而其中一个最有希望成为良好光吸收体的物质是半导电的纳米粒子。不过,时至今日,当与催化剂相结合时,纳米粒子只能以一个温和的速度进行反应,这对于全面工业化生产来说,太慢了。并且,半导电的纳米粒子不能溶于水。因此,研究人员不得不将纳米晶体溶解到有机溶剂中,以防止晶体与催化剂发生相互作用。
在最近的一项研究中,美国罗切斯特大学的化学家Richard Eisenberg 和 Todd Krauss领衔的研究小组将短有机链状分子(缩写为DHLA)涂抹到硒化镉纳米粒子上。这样一来,这种DHLA链的涂层使得纳米粒子能够溶于水。并且,这些单个的链条如此之短,使得催化剂中的镍离子——也存在于溶液中——能够“舒服地”紧挨在一起,足以使纳米粒子牢牢抓住电子,以及将氢气分子“编织”在一起。
该研究小组发现,这种新催化剂不仅速度快,每小时能够“编织”大约7000个氢气分子,并且能够持续“工作”数周而不瓦解。与其他“编织”氢气的催化剂相比,这是最大的进步。研究人员将相关研究成果在线发表于《科学》杂志网站。
美国化学家、氢催化剂研究者、刚从太平洋西北国家实验室退休的Daniel DuBois称这项新研究“对该领域非常有贡献”,并且表示,这种催化剂的持久性令他记忆深刻。
虽然如此,这种新型光吸收—催化联合物在现实社会中并没有完全准备好。因为,在目前的实验中,罗切斯特大学的研究小组并没有真正分解水分子,来制造氢离子。他们添加了一些维生素C,这样使实验溶液能更容易释放出氢气。
因此,该研究小组还需要证明,使用水也能进行同样的反应。如果能够成功,他们将能够给工厂提供新的绿色技术。(来源:中国科学报 唐凤)
关键词:纳米 新型 利用 分解 催化 
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