Science最新發現：光動力納米催化劑可能成爲(for)發展氫能經濟的(of)關鍵

近日，萊斯大(big)學的(of)研究人(people)員爲(for)氫經濟設計了(Got it)一(one)種光活化納米材料。僅使用(use)廉價的(of)原材料，研究人(people)員合成出(out)一(one)種可擴展的(of)催化劑，隻需要(want)光（LED）的(of)力量就能将氨轉化爲(for)清潔燃燒的(of)氫燃料。這(this)一(one)發現爲(for)可持續的(of)、低成本的(of)氫氣鋪平了(Got it)道路，這(this)種氫氣可以(by)在(exist)當地(land)生(born)産，而不(No)是(yes)在(exist)大(big)規模的(of)集中式工廠生(born)産。

這(this)項研究于(At)11月24日發表在(exist)《Science》雜志上(superior)，由萊斯大(big)學納米光子學實驗室、Syzygy Plasmonics公司和(and)普林斯頓大(big)學Andlinger能源與環境中心的(of)團隊合作(do)完成。

在(exist)該研究中，Halas、Nordlander、萊斯大(big)學校友Hossein Robatjazi、普林斯頓大(big)學工程師和(and)物理化學家Emily Carter等人(people)表明，由銅和(and)鐵制成的(of)天線反應器顆粒在(exist)轉化氨方面非常有效。顆粒中的(of)銅、能量收集片從可見光中捕捉能量。

具體地(land)，萊斯大(big)學Naomi J. Halas等人(people)證明了(Got it)等離子體光催化可以(by)在(exist)光照下将熱惰性的(of)、富含地(land)球的(of)過渡金屬轉化爲(for)催化活性位點。在(exist)超快脈沖照明下，Cu-Fe複合體中的(of)Fe活性位點實現了(Got it)非常類似于(At)Ru的(of)氨光催化分解效率。當用(use)發光二極管照射時(hour)，即使反應規模增加了(Got it)近三個(indivual)數量級，光催化效率保持相當。這(this)一(one)結果證明了(Got it)用(use)儲量豐富的(of)過渡金屬從氨載體高效生(born)産氫氣的(of)潛力。

在(exist)這(this)項研究中，團隊的(of)研究内容包括以(by)下三點：

1、對比了(Got it)Cu-Fe-和(and)Cu-Ru ARs氨分解反應催化性

制備了(Got it)Cu-Fe-和(and)Cu-Ru ARs催化劑，證實了(Got it)Cu-Fe-AR表現出(out)與報道的(of)最有效的(of)Ru基熱催化劑相當的(of)轉換頻率，并通過使用(use)碳氫化合物注入模型表明，入射光子的(of)量子效率更多地(land)取決于(At)MAO能級上(superior)HC的(of)産生(born)。

2、探究了(Got it)微觀反應機制

通過理論計算探究了(Got it)Cu-Fe-AR上(superior)的(of)微觀反應機制，表明限速反應步驟是(yes)N2在(exist)Cu-Fe-AR上(superior)的(of)締合解吸。

3、驗證了(Got it)光驅動NH3分解

研究了(Got it)可見光驅動的(of)NH3分解，證實了(Got it)Cu-Fe-AR催化劑的(of)高NH3轉化率、高H2産率以(by)及穩定性。并通過在(exist)具有市售LED的(of)克級光反應器，證明了(Got it)從NH3産生(born)低溫綠色H2的(of)潛在(exist)可擴展性。

通過研究，作(do)者發現了(Got it)使用(use)發光二極管作(do)爲(for)光源在(exist)室溫下光催化驅動氨裂解的(of)可行性，在(exist)定制的(of)光反應器中将反應放大(big)了(Got it)近三個(indivual)數量級。在(exist)LED照明下，Cu-Fe-AR仍然表現出(out)非常高的(of)光催化活性，實現了(Got it)高達72%的(of)NH3轉化率。同時(hour)通過反應器優化，實現了(Got it)在(exist)Cu-Fe-AR催化劑上(superior)高達18g/天的(of)H2産率，将光子-氫氣轉換效率提升至15.6%。

“像鐵這(this)樣的(of)過渡金屬通常是(yes)熱催化劑，”研究報告的(of)共同作(do)者、萊斯大(big)學的(of)Naomi Halas表示：”這(this)項工作(do)表明它們(them)可以(by)成爲(for)高效的(of)等離子體光催化劑。它還表明，光催化可以(by)用(use)廉價的(of)LED光子源有效地(land)進行。”

近年來(Come)，政府和(and)産業衆多機構持續投資創建無碳液态氨燃料基礎設施和(and)市場，因其不(No)會造成溫室效應，而這(this)項研究很好地(land)呼應了(Got it)該主題，與其具有協同作(do)用(use)。由于(At)液氨易于(At)運輸，而且蘊含大(big)量的(of)能量，因此是(yes)一(one)種前途廣闊的(of)未來(Come)清潔燃料。

“鑒于(At)它們(them)在(exist)大(big)幅減少化工行業碳排放方面的(of)潛力，該光催化劑值得進一(one)步研究。”相關研究人(people)員補充說道。

來(Come)源：材料人(people)