新的双原子催化剂有望通过人工光合作用产生清洁能源

该团队今天在“ 美国国家科学院院刊”上报告说，寻找新的解决方案以更有效地收获和储存太阳能，来自美国和中国的科学家合成了一种新的双原子催化剂，作为人工光合作用的平台。。

该团队开发了一种仅含有两个活性金属中心的铱催化剂。最重要的是，实验表明催化剂是一种定义明确的结构，能够成为未来太阳能燃料合成研究的生产平台。

“我们的研究涉及直接太阳能储存技术，”该报告的第一作者波士顿学院化学副教授王敦伟表示。“它解决了太阳能间歇性的关键挑战。它通过直接收集太阳能并将能量存储在化学键中来实现，类似于光合作用的执行方式，但效率更高，成本更低。”

研究人员花费了大量时间研究单原子催化剂(SACs)，很少研究出具有两个原子的“原子分散催化剂”。在一篇题为“用于太阳能水氧化的金属氧化物基质上负载的稳定的铱双核多相催化剂”的论文中，该团队报道了以一种简便的光化学方式合成铱双核非均相催化剂。该催化剂具有出色的稳定性和对水氧化的高活性，水氧化是天然和人工光合作用的必要过程。

专注于催化这一方面的研究人员在多相催化剂的开发中遇到了特殊的挑战，这种催化剂广泛用于大规模工业化学转化。大多数活性非均相催化剂的原子结构通常定义不明确，这使得难以在分子水平上评估详细机理。

该团队能够利用新技术评估单原子催化剂，并开发一个材料平台来研究需要多个活性位点的重要和复杂反应。

王说，研究小组开始着手确定“用于水氧化的最小活性和最耐久的非均相催化剂单元是什么。以前，研究人员已经提出这个问题并且只在均相催化剂中找到了答案，其耐久性很差。我们第一次看到了非均相催化剂在清洁能源生产和储存方面的潜力。“

该团队还在劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源进行了X射线实验，这有助于确定铱催化剂的结构。他们在测量中使用了两种技术：X射线吸收精细结构(EXAFS)和X射线吸收近边缘结构(XANES)。这些实验为更好地理解新催化剂提供了关键证据。

Wang说，该团队对催化剂的简单性和耐久性以及对所需的水氧化反应的高活性感到惊讶。

Wang说，研究的下一步包括进一步优化实际使用的催化剂，以及检测催化剂可应用于新化学转化的领域。

除了Wang和他在波士顿学院的研究团队之外，该研究还涉及加州大学欧文分校的科学家。耶鲁大学; 塔夫茨大学; 和劳伦斯伯克利国家实验室，以及中国机构清华大学和南京大学。