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在催化剂方面,国外又有新突破

2018/12/2 10:16:12      点击:
上海美狮美高梅平台网站处理设备www.szxqhb.com】如何高效地提取并保管阳光中的清洁能源一直是人类社会的难题。模仿植物的光合作用把阳光转化成化学能源的技术早已被提出,通过阳光照射和催化剂的共同作用,科学家将美狮美高梅平台网站电离成氢气和氧气,这两种气体的混合物可燃、易储存、且无污染。但该方法中所应用的催化剂却成本高昂,无法大规模应用。

近日,美国阿尔贡能源实验室和哈佛大学的一项研究就在催化剂方面取得了显赫的成绩。

图丨美国阿尔贡实验室化学家DuganHayes,<X射线吸取光谱则成功观测到高价钴离子的位置。最终。LinChen,以及 RyanHadt找到一种能够通过含钴催化剂加速美狮美高梅平台网站电解的过程。含钴催化剂相对而言较便宜,而且可以在发生清洁能源的方法中代替现存的贵金属催化剂

该团队把钴元素用在催化步骤中,钴在大自然中相对丰富,利息也相对低廉。相应的情况下,能像氢原子和氧原子的舞伴一样为这一场电子舞蹈牵线搭桥。

事实上,能通过钴看到反应发生的瞬间片段,而非一个模糊的化学变化。工业美狮美高梅官方网站交换电子的时间尺度上定义催化剂的性质是非常重要的

含钴催化剂是如人工树叶等材料的活性成分,能用这种资料合成太阳能燃料。该论文的第一编辑之一,阿尔贡研究员 RyanHadt表示。

电解美狮美高梅平台网站反应大体上能被分为两部分。研究者们主要专注于第一部分,也就是美狮美高梅平台网站的氧化。这一过程需要转化四个质子和四个电子,并在两个氧原子之间形成共价键,于是就必需有一个其他原子与氧原子临时成键,这就是所需的含钴催化剂。

该反应之所以值得研究,因为钴与氧成键的过程发生在少于十亿分之一秒之内。为了弄明白这一过程,科学家使用了阿尔贡实验室光子源的X射线吸取光谱进行了详细丈量。

通过分析科学家发现,两个氧原子间的共价键与钴离子的轨道进行杂化,这时,每个钴离子都与一个美狮美高梅平台网站分子成键。该化合物的化学性质暂时是稳定的紧接着,美狮美高梅平台网站分子会从钴离子上夺取一个电子,也就是把钴离子的化合价从正三价变成了正四价。

如此高价的钴离子会把氢氧共价键中的氢原子挤走,并代替氢与氧离子成键。此时氢原子已经被解放,钴离子又会把氧离子上多余的两个电子拉走,于是氧也胜利被还原了最后,上海美狮美高梅官方网站零价的氢原子和氧原子分别成键形成氢分子和氧分子;这样一来,气态的太阳能燃料就诞生了

通过阿尔贡光子源,研究者能够在反应过程中直接测量钴的化合价,并通过理论计算一个名为交换耦合量子力学数值。该值定义了氧和钴之间的电子自旋量。研究者认为这些电子对的自旋方向是相反的也就是说它具有反铁磁性。

反铁磁性在氧分子共价键的形成过程中起到重要作用,Hadt补充道。因为它为化学键同时提供两个电子创造了可能。

X射线吸取光谱则成功观测到高价钴离子的位置。最终,看到反应的具体的位置和过程,通过电子的转化看到催化剂的性质。

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