可充电电池和氢燃料生产可以受益

麻省理工学院的一组研究人员发现了从水分子中分离氧原子的最有效催化剂之一 - 这是包括电解槽在内的先进储能系统生产氢燃料和可充电电池的关键反应。这种新型催化剂的释放氧气的速度是其先前已知的最佳催化剂的10倍以上。

由钴，铁和氧与其他金属组成的新化合物从水中分离氧(称为氧气演化反应，或称OER)，其速率至少比目前被认为是此类反应的金标准的化合物高一个数量级。 ，团队说。该化合物的高活性水平是通过系统的实验研究预测的，该研究着眼于10种已知化合物的催化活性。

该团队包括材料科学与工程研究生Jin Suntivich，机械工程研究生Kevin J. May和Yang Shao-Horn教授于10月28日在Science上发表了他们的成果。

科学家们发现，反应性取决于一个特定的特征：过渡金属离子最外层电子的构型。他们能够利用这些信息来预测新化合物的高反应性 - 然后他们在实验室测试中证实了这一点。

“我们不仅确定了管理不同化合物的OER活性的基本原则”，而且我们实际上还发现了这种基于该原理的新化合物，Shao-Horn说，Gail E. Kendall(1978)机械学副教授工程与材料科学与工程。

许多其他团体一直在寻找更有效的催化剂来加速水分解成氢和氧。这种反应是生产氢气作为汽车燃料的关键; 一些可充电电池的操作，包括锌空气电池; 并在称为燃料电池的设备中发电。这种反应需要两种催化剂 - 一种释放氢原子，另一种释放氢原子 - 但氧反应一直是这种体系的限制因素。

其他团体，包括由麻省理工学院的Daniel Nocera领导的团体，专注于可以在普通水中以低成本运行的类似催化剂 - 在所谓的“人造叶子”中。但是这种反应可以在碱性溶液中以更高的效率发生，这是最好的先前已知的催化剂，氧化铱以及这种新化合物所需要的。

Shao-Horn和她的合作者现在正在与Nocera合作，将他们的催化剂与人造叶子结合起来，生产出一种独立的系统，当置于碱性溶液中时产生氢气和氧气。他们还将探索催化剂材料的不同配置，以更好地理解所涉及的机制。他们的初步测试使用粉末形式的催化剂; 现在他们计划尝试薄膜以更好地理解反应。

此外，即使他们已经发现了最高的活动率，他们仍计划继续寻找更有效的催化剂材料。“我们相信，其他人可能会有更高的活动，”Shao-Horn说。

斯坦福大学化学工程教授兼Suncat接口科学与催化中心主任Jens Norskov说，“我发现这是一种非常有趣的'理性设计'方法，可以找到新的催化剂一个非常重要和苛刻的问题。“

这项研究是与访问教授Hubert A. Gasteiger(现为德国慕尼黑工业大学教授)和德克萨斯大学奥斯汀分校的John B. Goodenough教授合作完成的，得到了​​能源部氢的支持。倡议，国家科学基金会，丰田汽车公司和Chesonis基金会。

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