泡沫催化剂在中性条件下进行析氢

化学家利用地球上丰富的元素设计了一种使水分子不稳定的催化剂。该多位点催化剂包括用于抓取氢的镍位点和用于抓取羟基的氧化铬位点。¹它可以在中性介质中催化氢的生成，这意味着它可以在生物反应器内工作。

电催化水裂解可以产生氢气作为燃料。作为原料，氢可以用来制造各种化学品，如氨和甲醇。然而，从水分裂中产生氢气需要催化剂的帮助。像铂这样的稀有金属效果最好。

“如果我们想要大规模生产氢气以满足可再生能源储存的需求，我们需要找到地球上丰富的元素，铂并不合适，”他说Cao-Thang Dinh他来自加拿大多伦多大学，帮助开发了这种新型催化剂。

该催化剂由CuO纳米线组成，通过在空气中将温度提高到500°C，生长在泡沫铜结构上。然后镍铜混合物和氧化铬沉积在这种高度多孔结构上。

此前，其他研究人员使用土壤细菌将氢转化为异丙醇、异丁醇和异戊醇。²氢是利用太阳能和催化剂分解水而产生的。将氢与CO的转化相结合₂转化为化学燃料需要在大多数微生物系统的中性条件下进行。另一方面，铂在有很多质子的酸性条件下工作得最好，但在中性pH下就不那么好了，在中性pH下它的活性要低两到三个数量级。

多伦多小组，由泰德·萨金特因此，他们专注于为中性介质制造催化剂，在中性介质中微生物可以大量繁殖。Dinh说，中性介质中的质子浓度可能比酸性介质中的质子浓度低一百万倍。

“我们的催化剂由三个不同的部分组成，其中两个被设计成在中性环境中破水，”团队成员说Pelayo Garcia de Arquer．“剩下的是一个质子和一个羟基。这就是第三个部分，铜支架的作用。“当与镍结合时，这种载体对质子有正确的亲和力，将它们聚集在一起形成氢。”

关键是要找到合适的金属，以足够强的强度抓住氢气，将其拉开，但又不能太强，以至于它不会放手，从而阻止氢气的形成。氧化铬和镍在铜表面的掺杂必须精确，这样它们之间就有一个水分子。

“泡沫铜的使用是相当聪明的，因为它提供了一个非常大的表面积和纳米多孔结构的材料入口，”评论道埃德温·康斯特布尔他是瑞士巴塞尔大学的无机化学家。“氧化铜纳米棒的生长并不是前所未有的，但它产生了一种新的活性表面，可以定位镍和铬的位置。”

康斯特布尔描述了最初分裂H₂O变成H和表面的OH，非常激动人心。不过，他补充说，开发原型可能具有挑战性，因为催化剂材料的升级生产将很困难，尤其是泡沫铜。

此外，康斯特布尔警告说，该团队还将海水还原作为一种潜在的应用，但在氯化物存在下的稳定性可能存在困难。

生物无机化学家补充说:“这项研究提供了一种优雅的方法，通过专注于使用多个金属位点打破O-H键，类似于在天然金属酶中所做的，从而实现从水中可持续生产氢。克里斯托弗•张在加州大学伯克利分校。