納米催化劑讓水“燃燒”

　　研究人員使用新的納米催化劑，利用陽光將水分子分解，最終制出氫氣燃料

　　技術總是在尋找各種方法，使能源更容易地變“綠”。前不久，來自美國紐約州的研究人員制造出了一種新型長效催化劑，能夠利用太陽光的能量，經過一系列反應，最終產生氫氣。氫氣是一種無碳燃料。

　　《科學》雜志在線報道稱，通過進一步研究，這種催化劑有望帶來能源產業的革新——工廠能夠使用陽光分解水分子，制作出燃料。這種燃料能夠用于汽車和卡車，不會排放任何溫室氣體。

　　也許，利用陽光分解水，最終制出燃料的想法聽上去很匪夷所思。不過，研究人員做到了。他們從陽光中“捕獲”了光量子，并且使用這些能量將水分子分解成氫離子和氧離子。然后，將氫離子對與一對電子——從氧離子上剝離下來的——緊密地結合在一起，從而形成氫分子（H2）。

　　實際上，研究人員模仿這一反應已經很多年了，但是，他們過去使用的催化劑要么太昂貴，要么很快就失去效用。因此，科學家一直在尋找更便宜、更穩定的催化劑。

　　為了完成這項工作，研究人員一直在尋求兩個關鍵要素：一個好的光吸收體和一種好的催化劑。

　　光吸收體用來“捕獲”陽光中的光量子，然后幫助生成高能電子。之后，這些“富有活力”的電子被傳送到催化劑中，將氫離子“編織”成氫氣。

　　而其中一個最有希望成為良好光吸收體的物質是半導電的納米粒子。不過，時至今日，當與催化劑相結合時，納米粒子只能以一個溫和的速度進行反應，這對于全面工業化生產來說，太慢了。并且，半導電的納米粒子不能溶于水。因此，研究人員不得不將納米晶體溶解到有機溶劑中，以防止晶體與催化劑發生相互作用。

　　在最近的一項研究中，美國羅切斯特大學的化學家Richard Eisenberg 和 Todd Krauss領銜的研究小組將短有機鏈狀分子（縮寫為DHLA）涂抹到硒化鎘納米粒子上。這樣一來，這種DHLA鏈的涂層使得納米粒子能夠溶于水。并且，這些單個的鏈條如此之短，使得催化劑中的鎳離子——也存在于溶液中——能夠“舒服地”緊挨在一起，足以使納米粒子牢牢抓住電子，以及將氫氣分子“編織”在一起。

　　該研究小組發現，這種新催化劑不僅速度快，每小時能夠“編織”大約7000個氫氣分子，并且能夠持續“工作”數周而不瓦解。與其他“編織”氫氣的催化劑相比，這是最大的進步。研究人員將相關研究成果在線發表于《科學》雜志網站。

　　美國化學家、氫催化劑研究者、剛從太平洋西北國家實驗室退休的Daniel DuBois稱這項新研究“對該領域非常有貢獻”，并且表示，這種催化劑的持久性令他記憶深刻。

　　雖然如此，這種新型光吸收—催化聯合物在現實社會中并沒有完全準備好。因為，在目前的實驗中，羅切斯特大學的研究小組并沒有真正分解水分子，來制造氫離子。他們添加了一些維生素C，這樣使實驗溶液能更容易釋放出氫氣。

　　因此，該研究小組還需要證明，使用水也能進行同樣的反應。如果能夠成功，他們將能夠給工廠提供新的綠色技術。