水分解技术可以燃料制氢

化学家从新加坡国立大学(NUS)已经开发出一种可伸缩的水热方法获取铁磁单原子自旋的催化剂可提高水分解反应的效率的影响下一个磁场。

电解水使用可再生资源是一种很有前途的制氢技术,全球正在产生越来越大的兴趣。这是因为氢被认为是一个有前途的替代解决担忧增加化石燃料的碳排放会引起气候变化。然而,通过电解水制氢主要是受到疲软的一个关联的过程称为氧进化动力学反应(OER)。基于贵金属electrocatalysts OER过程中经常使用,以改善其效率不佳。先锋类催化材料称为异构铁磁单原子自旋的催化剂(SASCs)一起使用时应用磁场可大大加速化学反应。然而,这样的设计效率和健壮SASCs OER过程仍被认为是一个重大的挑战。

陆副教授Jiong领导的研究小组,从新加坡国立大学化学系开发了一个通用和可伸缩的方法合成一系列SASCs可调高加载通过水热的方法。这允许对引入不同的分子前体包括金属盐(M2 +)、四水合钼酸铵和硫代乙酰胺在一个处理步骤。的主要创新在于建立operando酸性条件在合成,可以抑制聚合成金属纳米颗粒掺杂剂。使用这种方法,掺杂剂能够分散自己是单个原子均匀材料实现高密度替换,这是重要的正确形成催化剂并提供铁磁自旋效应。这是一个与鑫罗从中山大学教授合作,中国,世博Xi博士从可持续发展研究所的化学物质,能源和环境,新加坡和教授Cheng-Hao壮族淡江大学、台湾。

这项研究发表在《突破自然纳米技术。

研究人员使用二硫化钼(金属氧化物半导体2)作为基质材料,发现掺杂比例可以调整为各种类型的20:100 M1/金属氧化物半导体2SASCs (M1=锰、铁、镍有限公司)。一般来说,更高的掺杂浓度降低了平均间距相邻磁掺杂剂网站和增加了远程磁秩序。

这个研究工作展示了概念设计和合成的一个新类的健壮的铁磁SASCs巨大磁场增强(MFE),既可以应用于加速水和盐水电解下常见的磁场。尽管MFE对化学反应的影响一直在利用齐次旋转催化系统以及散装固体催化剂(如混合氧化物和金属),先进的旋转异构催化剂的设计与自动精确活跃网站来促进反应动力学和调查其机械的见解仍具有挑战性。这是因为一个人必须解决多个活动的复杂性包括工程师的能力定义良好的量子自旋交换网站,并有很强的短程相互作用(QSEI)在个人网站(本地磁性)和远程铁磁订购在邻近的网站(全球磁性)。

这项工作的主要新奇超越合成方面。联合实验和理论研究表明,研究人员开发的所有SASCs展览原子间QSEI诱导当地磁矩和自旋密度异于寻常相邻的硫原子通过强p-d轨道杂化。在他们的实验中使用Ni1 /二硫化钼SASC、轻微约0.5特斯拉的磁场(通常从永久磁铁磁场)访问应用时,收益率大幅增强OER magnetocurrent 3000%左右。它还展示了良好的反应性和稳定性在海水和纯水分裂细胞相比,商业二氧化铱(IrO2)催化剂。

协会陆教授说,“这一发现表明,铁磁SASCs提供一个强大的磁电效应,加快电解水。的设计方法提供了前所未有的机遇non-precious金属铁磁SASCs水和盐水电解槽技术。”

“我们计划在大规模合成单原子自旋铁磁催化剂结合磁场开发解决方案,可以减少成本,提高效率的绿色电解分解制氢的水和海水,“陆教授加入协会。

参考:太阳T,唐Z,单原子自旋藏W, et al .铁磁催化剂促进水分裂。Nat Nanotechnol。2023年。doi:10.1038 / s41565 - 023 - 01407 - 1

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