这需要两个原子的需两催化剂才能从水中制氧

2021-11-18 05:05:17尤生亨导读寻找可持续的方法来产生新的燃料已经使科学家们回到了地球上最丰富的材料之一-赤铁矿形式的赤铁氧化物，也称为铁锈。个原研究人员说，化剂防锈一

寻找可持续的才能从水方法来产生新的燃料已经使科学家们回到了地球上最丰富的材料之一-赤铁矿形式的赤铁氧化物，也称为铁锈。中制

研究人员说，需两防锈一直被认为是个原一个潜在吸引力的材料用于太阳能水分解，，化剂植物采用光合作用的才能从水关键过程。植物使用一种称为光系统II(PSII)的中制酶来吸收光并分解水，从水分子中提取电子和质子，需两并产生维持地球生命的个原大气氧。

锈可能提供一种模仿光合作用的化剂太阳能分解过程的方法，从而可以通过将质子和电子结合以产生氢，才能从水或通过使用电子和质子将二氧化碳转化为碳氢化合物燃料来从水中生成燃料。中制科学家们说，问题在于锈在许多水分解实验中的性能与其理论潜力相比令人失望。他们说缺乏对反应机理的基本了解，从而阻碍了太阳能直接水分解装置的开发。

耶鲁大学的Victor Batista与伦敦帝国学院的James Durrant以及瑞士洛桑联邦理工学院的技术科学与工程学院的MichaelGrätzel合作进行了一项新研究，该研究提供了一些答案。

该研究揭示了在金属氧化物/水界面发生水氧化的机理。对水氧化机理的综合计算和实验研究发现，如果改变光的强度，也将改变赤铁矿上水分解的机理。研究人员说，这为负责氧化物表面反应的位点的性质提供了有价值的提示。

由研究合著者，Batista组的博士后研究员Ke Yang进行的计算工作确定了孤立的催化位点-在弱光强度和二原子Fe(OH)-O-Fe(OH)催化核的作用下，通过在1种太阳操作条件下(晴朗，明亮的一天中的全部太阳光强度)下累积多达三个氧化当量(缺少电子)来建立足够的氧化能力，以从水中提取电子。研究人员说，这种机制模仿了光合作用期间PSII的激活。

该研究发表在《自然化学》杂志上。

巴蒂斯塔说：“计算和实验工作的整合对于阐明相当复杂的金属氧化物表面上催化部位的性质以及在低光和高光强度条件下反应机理的依赖性至关重要。”

2018年，巴蒂斯塔(Batista)合着了另一项研究，描述了类似的两原子催化剂。研究人员说，这项发现与这项新研究一起表明，具有两个相邻金属中心的两原子催化核可能特别适合实现高效的水分解。

杜兰特说：“从水中产生氧气需要多次氧化。”“实验上，我们研究的关键是使用光吸收光谱法测量水氧化动力学，因为我们在赤铁矿表面上积累了更多的孔。这使我们能够确定反应的速率规律和速率常数;例如，确定必须有多少个孔才能进入反应的限速步骤，并确定反应的活化能。”