布朗大学发现水剖析制氢中铂催化作用好的真实缘故原由 或设计铂替代品

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58京牌 ，科学家们早就知道，铂是现在剖析水制氢的最佳催化剂。美国布朗大学（Brown University）研究人员的一项新研究解释晰，为何该种贵金属云云有用，而且得出的效果并不是人们所以为的效果。

（图片泉源：布朗大学）

据论文作者所说，该项研究辅助解决了一个困扰人人近一个世纪的问题，而且有助于设计出比铂更廉价、更厚实的新型催化剂，以生产氢气，可能有助于削减化石燃料的排放。

布朗大学工程学院副教授兼该研究的首席作者Andrew Peterson示意：“若是我们能够找到廉价、有用的制氢方式，就能够为无化石燃料和化学制品的许多适用解决方案打开大门。氢可用于燃料电池，而燃料电池可以用于氢动力汽车，与过量的二氧化碳连系可以制造燃料，与氮连系可以制造氨肥料，可以行使氢气做许多事情，而若是要剖析水制氢，就需要一种更廉价的催化剂。”

Peterson示意，要设计新型催化剂首先需要领会是什么让铂在此种反映中云云稀奇，这也正是该项新研究的目的所在。

长期以来，铂作为催化剂用于剖析水制氢云云乐成由于其具备“金发女孩”准则（刚刚好就是最适合的）连系能。理想的催化剂需要在反映中，让分子既不要太松散，也不要太紧凑，而是刚刚适中。将分子连系得太松，会很难让反映最先；若是太紧，分子又会粘在催化剂外面，使反映难以完成。氢的连系能在铂中正好能够完善的平衡水剖析反映的两个部门，因此大多数科学家以为这就是铂是很好的催化剂的缘故原由。

然则Peterson示意，有理由质疑是否此种说法准确。例如，有一种称为二硫化钼（MoS2）的物质具有与铂类似的连系能，然则，在水剖析反映中，催化作用比铂差得多。因此，解释连系能并不是所有缘故原由。

为了弄清楚发生了什么，Peterson与同事研究了铂催化剂在水剖析反映中的显示，他们研发了一种特殊的方式，以模拟单个原子和电子在电化学反映中的行为。

剖析解释，当反映速率较高时，具备“金发女孩”准则连系能的铂，在其外面连系的氢原子实际上根本不介入反映。相反，此类原子栖息在铂的外面晶体层中，而且也是惰性的旁观者（不介入反映）。介入该反映的氢原子与假定的 “金发女孩”准则连系能相比，能量要弱得多。此类氢原子不栖息在晶格中，而是坐落在铂原子之上，可以自由相遇，形成氢气。

研究人员得出的结论是，正是铂外面的氢原子的自由移动才让铂具有云云高的活性。

Peterson示意：“这告诉我们，寻找 “金发女孩”准则连系能并不是准确的设计高活性区域的原则，我们建议设计一种催化剂，能够让氢处于高度流动和活性的状态。”

布朗大学Peterson实验室专门使用计算机模拟来设计新型催化剂，该团队设计行使新发现，最先寻找铂的替代品。

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