一位来自美国的科学家罗德岛大学将研究一种令人惊讶的化学反应，该反应可能有助于释放氢用于燃料电池，这要感谢美国能源部颁发的早期职业生涯奖。
杜根·海斯，URI的化学助理教授，在他的实验室Beaupre法医和化学科学。图片来源:Mike Salerno，罗德岛大学
化学助理教授杜根·海斯(Dugan Hayes)是今年全国仅有的83名科学家入选的早期职业奖(Early Career Award)的其中之一，该奖项在5年内每年提供约15万美元的研究支持。
海耶斯的研究小组专注于光化学，这是一项研究在对光的反应中发生的化学反应。光合作用是植物将光转化为它们生长所需的化学能的过程，是迄今为止最著名的光化学实例。
另一方面，光化学反应在生物医学、水净化、可再生能源等领域至关重要。
海耶斯和他的同事们正在研究这些反应是如何发生的。
当一个分子吸收光时，会发生大量的过程。有物理过程使键收缩或伸长，也有化学过程使键断裂或形成新键。我们的目标是找出在一个给定的反应中发生了哪些过程，以及这些步骤发生的顺序。
杜根·海斯，罗德岛大学化学系助理教授
海斯利用瞬态吸收光谱技术做到了这一点，这种方法包括向光反应分子发射一系列激光脉冲。
光化学反应由第一个脉冲引发，随后的脉冲探测反应阶段的发生。这项技术的关键是激光脉冲产生的惊人速度，在千万亿分之一秒的量级。
海耶斯说,“这些反应发生得非常快。如果你想看到发生了什么，你需要一个至少这么快的相机快门，这就是这些激光脉冲所能做到的。”
海耶斯认为，通过更好地理解过程的每个阶段，优化它可能是可行的，以更有效地创造更理想的反应产物。海斯对太阳能收集和其他清洁能源应用过程的优化特别感兴趣。
海耶斯将利用这种方法来研究一个意外的化学反应，这是他和将于秋季毕业的URI化学系博士生卡森·哈塞尔布林克(Carson Hasselbrink)偶然发现的。
海耶斯和哈塞尔布林克正在研究一种利用光产生重要芳香族化合物的过程，这一研究已经发表在科学文献上。海耶斯和哈塞尔布林克想要更多地了解这种反应是如何工作的，但他们不得不做一些改变，使其与激光技术一起工作。
他们发现，当他们在改进的过程中使用一种名为蒽的吸光染料分子时，它产生了之前没有人认识到的反应产物。进一步的反应发生了，产生了醛——一个需要释放氢气的过程——除了预测的结果。
”基本上，我们证明了当你照射这个分子时，它很容易从任何化学品供应商那里得到，它会释放氢气，这是以前没有人注意到的。从氢燃料电池的角度来看，这是非常令人兴奋的。这意味着这种分子可以在室温和大气压下以固体形式储存氢气，然后仅仅通过照射氢气就可以将其释放出来用于燃料电池”,海耶斯。
如果要将氢燃料电池用于汽车和卡车的动力，必须解决的主要困难之一是氢的存储。由于氢气的能量密度较低，因此需要大的容器来储存足够的氢气来驱动燃料电池。
虽然以液体的形式储存氢气占用的空间较小，但它必须在接近绝对零度的温度下储存。然而，海耶斯认为，将氢以固体的形式储存起来，并通过光化学过程按需释放，这可能是氢能的福音。
蒽也是从煤炭废料中提取的。充分利用这些污染物使该反应具有额外的清洁能源吸引力。
海斯和他的学生们将在未来五年内使用超快激光技术来分析这种相互作用。我们的目标是更好地理解它的功能，并在理想情况下确定改进它的方法。
海耶斯乐观地认为，这种反应可能会导致未来可持续能源的突破，但目前，他想了解更多关于其背后的化学原理。
海斯总结道,“大多数光化学反应都是众所周知的，但这是一个全新的东西。作为一名化学家，这是一件非常令人兴奋的事情。”
来源:https://www.uri.edu/