来自大自然的见解可实现更高效的水分解

一个基本的谜团是大自然总是使用锰的原因，考虑到锰在中性pH值下非常不活跃，这是一个特别令人惊讶的事实，这就是在自然界中发现水的方式。科学家已经能够设计出许多自己的人工锰基催化剂，但却无法使它们在中性pH值下活化。现在，在NatureCommunications发表的一项研究中，由RyuheiNakamura领导的RIKEN可持续资源中心的一个团队报告了一种矿物基催化剂的发现，该催化剂能够在中性pH下有效地将水分解为氧气和氢离子(质子)。根据Nakamura的说法，这项工作的关键是基于光谱发现的洞察力，即水分裂的催化只有在电子和质子的转移正确同步时才有效。通常，人造催化剂不这样做。考虑到这一点，该团队设计了一种新策略来弥补电子和质子转移时间的不匹配，并通过它能够在中性pH下实现锰氧化物催化活性的显着改善。

从自然中学习是本研究的重要主题。根据Nakamura的说法，“我们在这项工作中使用的α-氧化锰是天然存在的锰矿物的主要成分。我们惊讶地发现即使是矿物质的锰氧化物也可以在中性pH值下有效地分解水质子转移是同步的。这一发现激发了我们思考大自然如何设计通常无活性的锰矿物质，使其成为水分解的活性催化剂。“

太阳能，风能，水电和地热等可再生能源随着时间的推移而波动，储存这些能源是创建可持续社会的关键任务。水分解可以用于将能量转换成氢气，然后氢气可以与清洁燃料电池中的大气中的氧气或海洋或大气中的二氧化碳结合，从而为烃类燃料和材料创造原材料。Nakamura希望利用这一新知识构建一个可在中性pH下运行的电化学水分解装置，从而利用水作为创造新燃料的资源。

对于Nakamura来说，这项工作具有令人兴奋的未来潜力。“从花瓶中的花朵中可以看出，”他解释说，“植物甚至可以使用自来水作为制造燃料的资源。它们不需要酸和碱溶液。换句话说，自然利用安全，清洁和丰富水的形式，从而创造真正可持续的生态系统。我希望我们的研究结果能够有助于在中性pH值下使用水作为产生可再生能源的资源，这是可持续人类社会的基础之一。“

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