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加州理工学院的发现使太阳能燃料生产更贴近现实

发布:2018-05-14      点击:24

加州理工学院开发的太阳能燃料催化剂的分子结构的图形表示。蓝色代表铁原子;绿色是镍;红色是氧气;白色是氢。信贷:加州理工

加州理工学院的研究人员发现,他们认为在未来几年可能导致经济上可行的太阳能燃料生产。

多年来,太阳能燃料研究的重点是开发催化剂,仅使用阳光就能将水分解成氢气和氧气。所产生的氢燃料可用于驱动机动车辆,电力设备和燃料电池。由于燃烧氢气产生的唯一东西是水,因此不会对大气添加碳污染。

2014年,加州理工学院化学教授Arnold O. Beckman的哈里·格雷实验室的研究人员开发了一种由镍和铁层组成的水分解催化剂。但是,没有人完全确定它是如何工作的。许多研究人员假设镍层,而不是铁原子,负责催化剂(和其他类似催化剂)的水分解能力。

为了找到肯定的答案,Resnick研究所的前研究员Bryan Hunter(PhD'17)和他在格雷实验室的同事创造了一个实验装置,该装置使水的催化剂不足。 “当你拿走一些水时,反应速度会减慢,你可以拍摄反应过程中发生的事情,”他说。

这些照片揭示了催化剂的活性位点 - 水被分解成氧气的特定位置 - 并表明铁正在进行水分解反应,而不是镍。

水通过太阳能燃料催化剂转化为氢气和氧气。

“我们的实验支持机制与提议的机制非常不同,”亨特说,他是第一作者,他于2月6日发表在可持续能源研究杂志Joule上的一篇论文中描述了这一发现。 “现在我们可以开始改变这种材料来改善它。”

几十年来,他的工作一直专注于太阳能燃料,他说这项发现可能是该领域的“游戏规则改变者”。

“这将提醒全世界人们,铁对这种催化剂特别有利,”他说。 “如果人们在四五年内开始在商业应用中使用这些催化剂,我一点都不会感到震惊。”

出版物:Bryan M. Hunter等人,“在非水介质中捕获铁(VI)水分离中间体”,焦耳,2018年; DOI:10.1016 / j.joule.2018.01.008

来源:加州理工学院的Emily Velasco