研究小組在《美國國家科學院院刊》上報告稱，美國和中國的科學家已經(jīng)合成了一種新的雙原子催化劑，作為人工光合作用的平臺，尋找新的解決方案，以更有效地收獲和儲存太陽能。

該小組開發(fā)了一種銥催化劑，其中只有兩個活性金屬中心。最重要的是，實驗表明，該催化劑是一個定義明確的結(jié)構(gòu)，能夠作為未來太陽能燃料合成研究的生產(chǎn)平臺。

“我們的研究涉及直接太陽能存儲技術(shù)?！痹搱蟾娴闹饕髡摺⒉ㄊ款D學院化學副教授Dunwei Wang說，“它解決了太陽能間歇性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。它通過直接收集太陽能并將能量儲存在化學鍵中，就像光合作用的執(zhí)行方式一樣，但效率更高，成本更低。”

研究人員花了大量的時間在單原子催化劑（SACs）上，而很少探索以兩個原子為特征的“原子分散催化劑”。在題為“用于太陽能水氧化的金屬氧化物載體上負載穩(wěn)定的銥雙核非均相催化劑”的論文中，該小組報告了以一種便利的光化學方式合成銥雙核多相催化劑的情況。該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和較高的水氧化活性，是自然光合作用和人工光合作用的重要過程。

專注催化方面的研究人員在多相催化劑的發(fā)展中遇到了特別的挑戰(zhàn)，這些催化劑被廣泛地應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化學轉(zhuǎn)化中。大多數(shù)活性多相催化劑的原子結(jié)構(gòu)往往沒有很好的定義，這使得難以評估分子水平的詳細機制。

該小組利用新技術(shù)對單原子催化劑進行了評估，并開發(fā)了一個材料平臺，以研究需要一個以上活性中心的重要和復(fù)雜的反應(yīng)。

Wang說，研究小組著手確定“水氧化反應(yīng)中最小的活性和最耐用的多相催化劑單元是什么”。此前，研究人員提出了這個問題，并且只在同質(zhì)催化劑中找到了答案，后者的耐久性較差。我們第一次看到了多相催化劑在清潔能源生產(chǎn)和儲存方面的潛力。

該小組還在勞倫斯伯克利國家實驗室的高級光源進行了X射線實驗，以幫助確定銥催化劑的結(jié)構(gòu)。他們采用了兩種技術(shù)：X射線吸收精細結(jié)構(gòu)（EXAFS）和X射線近邊結(jié)構(gòu)（XANES）。這些實驗為更好地理解這種新催化劑提供了重要的證據(jù)。

Wang說，該團隊對這種催化劑的簡單性和耐久性感到驚訝，同時對水氧化反應(yīng)的高活性也感到驚訝。

Wang說，下一步的研究工作包括進一步優(yōu)化催化劑的實際應(yīng)用，并檢查催化劑在哪些領(lǐng)域可以應(yīng)用于新的化學轉(zhuǎn)化。

除了Wang和他在波士頓學院的研究團隊外，參與這項研究的還有來自加州大學歐文分校、耶魯大學、塔夫茨大學、勞倫斯伯克利國家實驗室以及中國清華大學和南京大學的科學家。

這項研究由美國國家科學基金會和美國能源部以及中國的科學機構(gòu)資助。