據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國科學(xué)家們研發(fā)出一種新技術(shù)，并用其制造出一種在結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)上與廣泛使用的工業(yè)催化劑輝鉬礦的活躍部分相類似的新分子。新技術(shù)可用來制造出比鉑更高效且廉價(jià)的新型催化劑，從酸性水中制備氫氣。研究發(fā)表在近日出版的《科學(xué)》雜志上。
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的赫馬馬拉·卡倫娜達(dá)薩領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家攜手合成出該分子。其能模擬沿著輝鉬礦晶體邊緣的三角形二硫化鉬單元。科學(xué)家們表示，從催化角度而言，塊狀輝鉬礦晶體材料相對(duì)來說是惰性的，但其邊界點(diǎn)擁有催化活性，因此，與邊界點(diǎn)類似的分子能被用來制造更高效且更廉價(jià)的新型催化劑，讓科學(xué)家們能用更少的材料獲得同樣的催化效果。
輝鉬礦是金屬鉬的晶體硫化物，也是提煉鉬鐵的主要礦物質(zhì)，一般用作潤滑劑，但它也是標(biāo)準(zhǔn)的催化劑，可用于剔除石油和天然氣中的硫以便減少其燃燒時(shí)二氧化硫的排放量。最近已有研究證明，輝鉬礦納米粒子也能作為用水制備氫氣的電化學(xué)和光化學(xué)反應(yīng)的催化劑。
目前，最好的制氫方法是使用鉑催化劑，將水分子分解為氫分子和氧分子。然而，隨著鉑價(jià)飆升，人們急需一種低成本的替代催化劑。輝鉬礦儲(chǔ)藏豐富且成本僅為鉑的七十分之一，因此，科學(xué)家們開始研究輝鉬礦在制氫中的潛力，希望借此研發(fā)出一種便宜、高效且碳中和的制氫手段。但輝鉬礦也有問題。高分辨率掃描隧道顯微鏡研究和理論計(jì)算已確定輝鉬礦僅其三角形二硫化鉬邊界具有催化活性，但制造出具有更高密度的有催化作用的邊界點(diǎn)的輝鉬礦是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
研究團(tuán)隊(duì)使用一種PY5Me2配位體制造出了一個(gè)二硫化鉬分子，盡管自然界中并沒有該分子，但其性能穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)與輝鉬礦三角形的邊界點(diǎn)一樣，其也能形成一層與構(gòu)建輝鉬礦硫化物邊界類似的材料。利用新分子作為配體合成出的輝鉬礦復(fù)合物能高效地催化從酸水中制備氫氣的反應(yīng)。
研究人員杰弗里·龍指出：“能通過修改配位體來調(diào)整這種分子的電子結(jié)構(gòu)，這表明，能定制所得材料的活性、穩(wěn)定性以及氫還原要求的超電勢來改善其性能。”
研究人員克里斯托弗·張表示：“我們現(xiàn)在正在研制與其他催化材料內(nèi)的活躍點(diǎn)類似的分子，其有望在更大pH范圍的環(huán)境下工作，同時(shí)研究光驅(qū)動(dòng)的催化反應(yīng)。最新分子或許并不能完全替代現(xiàn)有催化劑，但它確實(shí)提供了一種增加無機(jī)固體催化材料的活性點(diǎn)密度的方法，讓我們能"花小錢，辦大事"。