2022年6月1Alex Smith评论
在可再生能源产生的电流的帮助下，目前一般是通过分解水来产生绿色氢。研究人员维也纳技术大学(TU Wien)提出了一种新的光催化剂设计，可以使这个过程高度直接和可控。
两个簇的结构模型，使水分裂成O2和H2通过光能。图片来源:Technische Universität Wien。
氢可能是未来能源供应的重要组成部分:它可以根据需要进行存储、运输和燃烧。但目前大部分可用的氢气都是天然气生产的副产品，为了保护气候，必须对其进行改造。
到目前为止，生产环保所谓“绿色氢气”的最佳方案是利用可再生能源(如光伏电池)提供的电能，将水分解为氧气和氢气。
但如果能直接利用阳光分解水就更容易了。这正是目前新型催化剂所能实现的，这一过程被称为“光催化水分裂”。这个概念还没有被工业化利用。
在维也纳工业大学，研究人员已经朝着这个方向迈出了重要的一步:在原子尺度上，研究人员发现了一种分子和固态催化剂的新组合，这种催化剂只需要相对廉价的材料就可以完成这项工作。
不同原子的相互作用
实际上，要想用光分解水你必须同时完成两项任务．我们必须考虑氧和氢。水中的氧原子必须转化为氧2分子，剩下的氢离子——也就是质子——必须变成氢离子2分子．
Alexey Cherevan，材料化学研究所，技术，Universität维也纳
Alexey Cherevan就职于dominic Eder教授的研究小组，
目前，已经发现了解决这两项任务的方法:由少量原子组成的小型无机簇固定在吸收光的支撑结构表面，如氧化钛。簇和谨慎选择的半导体的组合支持了首选行为的结果。
负责氧化氧的团簇由钨、氧和钴组成，而钼和硫的团簇特别适合制造氢分子。维也纳工业大学的科学家是第一个将这种簇沉积在氧化钛表面上的人，在那里它们可以作为水分裂的催化剂。
氧化钛对光很敏感，这是众所周知的．吸收光的能量导致氧化钛中自由移动的电子和自由移动的正电荷的产生。这些电荷使表面上的原子团更容易将水分解成氧和氢．
Alexey Cherevan，材料化学研究所，技术，Universität维也纳
精确控制，原子一个原子
Alexey Cherevan说:“其他研究小组致力于用光分解水，它们依赖的纳米颗粒可以呈现出非常不同的形状和表面特性．它们的大小很难控制，原子的排列方式也不完全相同。因此，在这种情况下，不可能详细解释催化过程是如何发生的．”
同时，在维也纳工业大学，已经以原子的精确度确定了簇的适当结构，使人们能够获得对催化循环的完整理解。
这是获得反馈的唯一方法，知道流程的效率真正取决于什么．我们不想仅仅依靠试错的方法，尝试不同的纳米颗粒，直到我们找到最好的一个，我们想在原子水平上找出最佳催化剂到底是什么．
Alexey Cherevan，材料化学研究所，技术，Universität维也纳
由于已经证明所选材料是分离水的理想材料，下一步是调整它们的精确结构，以获得更高的效率。
简单而有前途的
Alexey Cherevan强调，“我们的方法相对于电解水的决定性优点是简单．
最初，电动制氢需要一种可支持的能源，如光伏电池，如电力储能装置和电解电池。
所有事情考虑;这就形成了一个由多种原材料组成的相对复杂的系统。与此同时，对于光催化水分裂，所需要的只是一个被水覆盖，然后被太阳照射的适当涂层表面。
从长远来看，在人工光合作用的帮助下，这种理解也可以用来生产高度复杂的分子。此外，甚至有可能利用太阳辐射的能量与水和空气中的二氧化碳生成碳氢化合物。这还可以用于其他应用程序。
期刊引用:
Batool, S。等．(2022) [Mo3.年代13) 2- - - - - -团簇作为光催化析氢的辅助催化剂。ACS催化．doi.org/10.1021/acscatal.2c00972．
来源:https://www.tuwien.at/en/