氢燃料技术得到了低成本高效催化剂的推动

这一发现是全球努力模仿植物从阳光中制造燃料的重要发展，这是创造绿色能源经济的关键一步。据能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的理论家JensNørskov以及丹麦技术大学的IbChorkendorff和SørenDahl领导的同事们在自然材料中报道了这一点。

氢是一种能量密集且清洁的燃料，在燃烧时仅释放水。今天，大部分氢从这导致大的CO天然气产生2-emissions。另一种清洁方法是从阳光和水中制造氢燃料。该过程称为光电化学或PEC，水分解。当太阳照射到PEC细胞时，太阳能被吸收并用于将水分子分解成其组分，即氢和氧。

到目前为止，进展受限于缺乏可以加速氢和氧生成的廉价催化剂。美国-丹麦努力的一个重要部分是将理论和先进的计算与合成和测试相结合，以加速识别新催化剂的过程。这是一个历史上依赖于反复试验的领域的新发展。“如果我们能找到合理设计催化剂的新方法，我们可以极大地加速新催化材料的开发，”Nørskov说。

该团队首先解决了氢气问题的一半。DTU研究人员创造了一种装置，用于从部分太阳光谱中获取能量，并用它来驱动单个氢离子转化为氢气。但是，该方法需要催化剂以促进反应。铂已经被认为是一种有效的催化剂，但铂太稀有而且太贵而无法广泛使用。因此，合作者转向大自然寻求灵感。

他们使用Nørskov小组开发的描述催化剂行为的理论方法研究了来自某些生物的产氢酶-天然催化剂。“我们做了计算，”Nørskov解释说，“并发现了为什么这些酶的效果和它们一样好。”这些研究使他们得到了相关化合物，最终将它们转化为硫化钼。Chorkendorff说，“钼是催化制氢的廉价解决方案”。

该团队还优化了设备的部件，引入了“化学太阳能电池”，旨在尽可能多地捕获太阳能。DTU的实验研究人员设计了一种光吸收体，它由排列紧密堆积的硅柱组成，并在柱子上点缀着微小的硫化钼簇。当他们将支柱暴露在光线下时，氢气就会冒泡-就像他们使用昂贵的铂金一样。

氢气产生装置仅是全光电化学电池的一半。PEC的另一半会从水中产生氧气;虽然氢气是目标，但没有同时产生氧气，整个PEC电池关闭。许多团体-包括Chorkendorff，Dahl和Nørskov及其同事-正致力于寻找催化剂和阳光吸收剂来做到这一点。“这是问题最困难的一半，我们正在以与攻击氢气方面相同的方式攻击这个问题，”达尔说。

Nørskov也期待着解决这个问题。“任何人都无法承受的可持续能源选择根本不可持续，”他说。“我希望这种方法能让我们选择真正可持续的燃料。

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