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研究人员研发出铂催化剂替代品

2019/10/15 15:33:522079

据http://www.physorg.com/网站报道，研究人员研发出铂催化剂替代品，可以使用酸水制氢并且制造成本低廉。伯克利实验室的研究人员使用辉钼矿复合物和PY5Me2配合基合成出一种分子材料，通过模拟二硫化钼边缘位点的三角结构可以使复合物拥有与其类似的催化活性，众多分子集合到一起即可构成具有分层结构的活性催化材料。这种合成分子在结构和化学性质方面与目前工业上广为使用的辉钼矿催化剂的活性部分完全相同，因此有可能成为铂催化剂的替代品，其制造成本十分低廉，催化效果好，甚至可以使用酸水制氢。

二硫化钼与合成复合物的分子结构图(钼原子为绿色，硫原子为黄色) 辉钼矿是钼元素的晶体硫化物，同时也是金属钼的主要提取矿物，其还可以作为石油和天然气的脱硫催化剂使用，用于减少这些燃料燃烧所释放的二氧化硫。近期研究结果表明，辉钼矿的纳米颗粒还可以用作光化学和电化学电解水制氢反应的催化剂。目前，最为有效的制氢方法是使用铂作为催化剂电解水分子制造氢和氧分子。然而，目前铂的售价已经超过2,000美元/盎司，低成本的替代催化剂必将深受燃料电池市场青睐。与铂相比辉钼矿的储量十分丰富，并且其成本价格仅为铂的1/70。层状结构的辉钼矿内部还拥有多重微域，并且绝大部分呈惰性状态。高分辨率穿隧扫描显微研究和理论计算结果表明，三角形的二硫化钼边缘结构可以作为催化作用的活性位点。然而，高密度功能边缘位点辉钼矿材料的制备却是一项极其严峻的挑战。 Chang和 Long的研究团队使用5-吡啶配合基(PY5Me2)制造二硫化钼分子边缘结构类似物，这种材料十分稳定，并且拥有与辉钼矿同样的三角形边缘位点。这些分子可以用于构建辉钼矿硫化物边缘结构类似材料的基层。这种分子类似物的电子结构可以通过修饰配合基进行调整，这也意味着可以通过调整材料的活性、稳定性和超电势改进其催化性能。早在2010年，Chang 、Long 以及Hemamala Karunadasa就曾使用PY5Me2配合基制造出一种钼-氧复合物，这种复合物可以高效的催化中性缓冲水甚至是海水的电解制氢反应。使用这种分子类似物合成的辉钼矿复合物同样可以高效的催化酸水的电解制氢反应。目前，研究人员正致力于研发其它催化剂材料活性位点的分子类似物，使其适用于多种pH条件，并将这项工作延伸至光催化系统之中。尽管这种辉钼矿活性位点分子类似物目前还不能取代任何一种现行催化剂材料，但是这项研究却为增加无机固体催化剂材料的活性位点密度提供了新的可行途径。