美研究原子尺度的催化剂 可用以廉价制氢

2014-1-27 09:44 来源: 科技日报
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  据物理学家组织网1月23日(北京时间)报道,美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员发现,一种单原子厚度的二硫化钼薄膜(MoS2)能作为催化剂生产氢气,替代昂贵的铂催化剂。与传统技术相比,新技术不但成本低廉,使用上也更为简单灵活。该发现为廉价氢气的生产打开了一扇新的大门。相关论文发表在最近出版的《纳米快报》杂志上。

  氢气是一种拥有巨大潜力的清洁能源,但生产这种能源并不容易。目前制备氢气主要依赖昂贵的铂催化剂,成本较高。这项新的研究表明,单层原子厚的二硫化钼薄膜同样也是一种有效的催化剂,能够用来制备氢气。虽然效率不如铂催化剂,但成本优势十分显著。

  论文第一作者、北卡罗来纳州立大学材料与工程学助理教授曹麟游(音译)说:“我们发现这种薄膜的厚度是一个非常重要的因素。实验显示:单层原子厚的二硫化钼薄膜催化效果最佳,而之后每增加一层原子,催化能力就要降低5倍。”

  如此薄的催化材料,远远出乎了一些研究人员的意料,因为此前大多数都认为催化反应一般都会沿着材料的边缘进行。而单层原子厚的二硫化钼薄膜如此之薄,其所拥有的“边缘”相对于较厚的材料实在是少的太多。因此,按照传统观点这种薄膜应该几乎没有催化活性。但此次研究中,曹麟游发现并非如此:在催化反应中,薄材料同样也能具有一定优势。他们发现,二硫化钼薄膜越薄,其导电性能越好,相应的其催化效率越高。因此问题的重点在于如何让催化材料薄到极致。“我们的工作表明,今后科学家们在相关研究中可能要更加注重催化剂的导电性能。”曹麟游说。

  这种二硫化钼薄膜制氢技术主要用电力来实现催化反应。曹麟游的研究小组正在致力于将该技术与太阳能发电技术结合起来,开发出一种能够使用太阳能供电的水解制氢设备。