科学家制造并测试理论预测的高效水分解催化剂

氢气 (H2) 是一种很有前途的减少温室气体的燃料，尤其是利用可再生能源分解水分子 (H2O) 来生产。但将水分解成氢和氧看似简单，但其化学过程却很复杂。

两个独立的同时发生的电化学反应都需要催化剂，即帮助打破和重建化学键的化学“交易者”。现在，美国能源部 (DOE) 布鲁克海文国家实验室和哥伦比亚大学的科学家表示，他们已经开发出一种新的高效催化剂，用于更具挑战性的部分：氧气释放反应。

正如刚刚发表在《美国化学会志》上的一篇论文所述，该催化剂是根据理论计算“自下而上”设计的，旨在尽量减少用作催化材料的昂贵金属铱的用量，并最大限度地提高催化剂在酸性条件下的稳定性。

当团队创建催化剂模型并在实验室中测试它们时，结果证实了预测。然后，科学家们制作了粉末状的催化剂，就像工业应用中使用的催化剂一样，并证明它可以在水分解电解器中有效地产生氢气。

“在这次实际测试中，我们的催化剂比最先进的商用铱催化剂好四倍，”哥伦比亚大学化学工程师、布鲁克海文实验室化学部联合任职、这项研究的负责人陈景光说。换句话说，新催化剂在以与商用催化剂相同的速度生产氢气时，所需的铱量是商用催化剂的四分之一，或者说，在相同数量的铱下，生产氢气的速度是商用催化剂的四倍。

布鲁克海文实验室理论化学家刘平领导了该催化剂设计的基础计算，他说：“这项研究展示了如何从理论驱动的对原子水平发生的事情的理解转向设计一种实际使用的催化剂。我们的工作让我们更好地理解了这种催化剂的工作原理，并让我们更接近现实世界的应用。”

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