新型催化劑突破電解水難題

OFweek節能環保網訊 如何高效地提取並保存陽光中的清潔能源一(yi)直(zhi)是(shi)人(ren)類(lei)社(she)會(hui)的(de)難(nan)題(ti)。模(mo)仿(fang)植(zhi)物(wu)的(de)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)把(ba)陽(yang)光(guang)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)化(hua)學(xue)能(neng)源(yuan)的(de)技(ji)術(shu)早(zao)已(yi)被(bei)提(ti)出(chu)，通(tong)過(guo)陽(yang)光(guang)照(zhao)射(she)和(he)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)共(gong)同(tong)作(zuo)用(yong)，科(ke)學(xue)家(jia)將(jiang)水(shui)電(dian)離(li)成(cheng)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)
，這(zhe)兩(liang)種(zhong)氣(qi)體(ti)的(de)混(hun)合(he)物(wu)可(ke)燃(ran)
、易儲存、且無汙染。但該步驟中所應用的催化劑卻成本高昂，無法大規模應用。

近日，美國阿爾貢能源實驗室和哈佛大學的一項研究就在催化劑方麵取得了顯赫的成就。

美國阿爾貢實驗室化學家Dugan Hayes, Lin Chen, 以及 Ryan Hadtzhaodaoleyizhongnenggoutongguohangucuihuajijiasushuidianjiedeguocheng。hangucuihuajixiangduieryanjiaobianyi，erqiekeyizaichanshengqingjienengyuandebuzhouzhongdaitixiancundeguijinshucuihuaji

該(gai)團(tuan)隊(dui)把(ba)鈷(gu)元(yuan)素(su)用(yong)在(zai)了(le)催(cui)化(hua)步(bu)驟(zhou)中(zhong)
，鈷(gu)在(zai)大(da)自(zi)然(ran)中(zhong)相(xiang)對(dui)豐(feng)富(fu)，成(cheng)本(ben)也(ye)相(xiang)對(dui)低(di)廉(lian)。在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，它(ta)能(neng)像(xiang)氫(qing)原(yuan)子(zi)和(he)氧(yang)原(yuan)子(zi)的(de)舞(wu)伴(ban)一(yi)樣(yang)為(wei)這(zhe)一(yi)場(chang)“電子舞蹈”牽線搭橋。

該論文的第一作者之一，阿爾貢研究員 Ryan Hadt biaoshi，tuanduinengtongguoyiqiguanchadaofanyingfashengdeshunjian
，erfeiyigemohudehuaxuebianhua。zaijiaohuandianzideshijianchidushangdingyicuihuajidexingzhishifeichangzhongyaode。hangucuihuajishirurengongshuyedengcailiaodehuoxingchengfen
，nengyongzhezhongcailiaohechengtaiyangnengranliao。

dianjieshuifanyingdatishangnengbeifenweiliangbufen。yanjiuzhemenzhuyaozhuanzhuyudiyibufen，yejiushishuideyanghua。zheyiguochengxuyaozhuanhuasigezhizihesigedianzi
，bingzailianggeyangyuanzizhijianxingchenggongjiajian


，yushijiubixuyouyigeqitadeyuanziyuyangyuanzilinshichengjian，zhejiushiwomensuoxudehangucuihuaji。

該gai反fan應ying之zhi所suo以yi值zhi得de研yan究jiu，是shi因yin為wei鈷gu與yu氧yang成cheng鍵jian的de過guo程cheng發fa生sheng在zai少shao於yu十shi億yi分fen之zhi一yi秒miao之zhi內nei。為wei了le弄nong明ming白bai這zhe一yi過guo程cheng，科ke學xue家jia使shi用yong了le阿e爾er貢gong實shi驗yan室shi光guang子zi源yuan的deX射線吸收光譜進行了詳細測量。

通tong過guo分fen析xi科ke學xue家jia發fa現xian
，兩liang個ge氧yang原yuan子zi間jian的de共gong價jia鍵jian與yu鈷gu離li子zi的de軌gui道dao進jin行xing雜za化hua，這zhe時shi，每mei個ge鈷gu離li子zi都dou與yu一yi個ge水shui分fen子zi成cheng鍵jian。該gai化hua合he物wu的de化hua學xue性xing質zhi暫zan時shi是shi穩wen定ding的de。緊jin接jie著zhe，水shui分fen子zi會hui從cong鈷gu離li子zi上shang奪duo取qu一yi個ge電dian子zi，也ye就jiu是shi把ba鈷gu離li子zi的de化hua合he價jia從cong正zheng三san價jia變bian成cheng了le正zheng四si價jia。

如ru此ci高gao價jia的de的de鈷gu離li子zi會hui把ba氫qing氧yang共gong價jia鍵jian中zhong的de氫qing原yuan子zi擠ji走zou
，並bing代dai替ti氫qing與yu氧yang離li子zi成cheng鍵jian。此ci時shi氫qing原yuan子zi已yi經jing被bei解jie放fang，鈷gu離li子zi又you會hui把ba氧yang離li子zi上shang多duo餘yu的de兩liang個ge電dian子zi拉la走zou
，於yu是shi氧yang也ye成cheng功gong被bei還hai原yuan了le。最zui後hou，零ling價jia的de氫qing原yuan子zi和he氧yang原yuan子zi分fen別bie成cheng鍵jian形xing成cheng氫qing分fen子zi和he氧yang分fen子zi；這樣一來
，氣態的太陽能燃料就誕生了。

通過阿爾貢光子源，研究者能夠在反應過程中直接測量鈷的化合價
，並通過理論計算一個名為“交換耦合”的量子力學數值。該值定義了氧和鈷之間的電子自旋量。研究者認為這些電子對的自旋方向是相反的
，也就是說它們具有反鐵磁性。

Hadt補充到，反鐵磁性在氧分子共價鍵的形成過程中起到了重要作用，因為它為化學鍵同時提供兩個電子創造了可能。

而X射線吸收光譜則成功觀測到了高價鈷離子的位置。最終，可以看到反應的具體的位置和過程
，並通過電子的轉化看到了催化劑的性質。