新型催化剂将水解制氢效率提高200倍

文摘 2024-12-10 07:30 上海

来源：科技日报

科技日报北京12月1日电（记者刘霞）德国马克斯·普朗克研究所科学家研制出一种独特的拓扑手性晶体，并将其用作水解制氢过程中的催化剂。通过操控该晶体内电子自旋，科学家将水解制氢效率提升了200倍。相关论文发表于最新一期《自然·能源》杂志（Topological semimetals with intrinsic chirality as spin-controlling electrocatalysts for the oxygen evolution reaction | Nature Energy）。

作为一种清洁燃料，氢气来源丰富、能量密度高，可替代化石燃料，用于运输、发电等多个领域。但是，目前99%的氢气来源于化石能源重整，这一过程会排放出大量二氧化碳。而水解制氢技术通过将水分子分解为氢气和氧气来生产清洁的氢气，无疑是一条极具前景的绿色能源之路。

不过，水解制氢也面临不小的挑战。其中，析氧反应便是制约其效率提升的“绊脚石”。析氧反应涉及一系列复杂且缓慢的电子转移步骤，极大地降低了水分解过程的效率，进而影响其成本效益。鉴于此，科学家正积极探索加快析氧反应的新方法。

最新研究中，科学家设计出了一种由铑、硅、锡和铋等多种元素组成的拓扑手性晶体。这些晶体的原子具有独特的左旋或右旋排列结构，使其能以特定方式与光和其他手性分子相互作用。而且，这一晶体的独特组成能高效地操控晶体内电子的自旋，使电子在水分解过程中更快速地“奔赴”氧气生成位点。

电子转移速度的加快显著提高了整体反应速率。与利用传统催化剂相比，新催化剂的加入将水分解过程的效率提高了200倍。但目前研制出的催化剂仍然含有稀有元素，未来将很快推出高效且可持续的催化剂。

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