納米混合鉬晶體有效催化液態水轉化爲氫氣
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- 分類：鉬業新聞
- 發佈於：17 五 2013
- 作者 CCJ
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由可再生的大豆和豐富的鉬金屬的催化劑，在環保，成本效益的方式，産生氫氣，無形中增加了使用這種清潔能源來源。
該研究已經獲得了廣泛的認可爲SHILPA，Shweta艾耶，雙胞胎姐姐高中學生的研究做出了貢獻，布魯克海文國家實驗室的化學家陳偉福的指導下實習的一部分，帶領由詹姆斯Muckerman的藤田惠項目支持和佐佐木小太郎。
本文報道了'硬科學'從什麽開始作爲的艾耶雙胞胎“的研究項目，幷已導致在表現最好的，非貴金屬含析氫催化劑未知甚至比散裝鉑金屬，”Muckerman說。
該項目分支布魯克海文國家實驗室的研究發展替代燃料利用太陽光。他們的最終目標是要找到方法來使用太陽能可以直接或通過太陽能電池，發電，烴燃燒，水和二氧化碳轉換成最終産品，放回碳基燃料。“，這被稱爲”人工光合作用過程模仿植物是如何將那些相同的成分，對能源的糖的形式。其中關鍵的一步是分解水或電解水。
通過將液體成氫氣和氧氣的水（H2O），氫可作爲氣體（H2）再生，幷直接作爲燃料使用，佐佐木解釋。“我們尋求應用電解水從地球上豐富的材料製作一個商業上可行的催化劑，結果確實是一流的。”
這種形式的産氫可以幫助科學家們實現了他們的最終目標。
“一個非常有前途的途徑是含碳燃料使用太陽能産氫氫化二氧化碳（或一氧化碳），”藤田說，人工光合作用誰領導的小組在布魯克海文國家實驗室的化學系。
但是，以最有效的水分解催化劑與鉑爲主要成分的，這個過程是目前在經濟上可行的成本太高。
Comsewogue高中學生Shweta SHILPA的艾耶進入實驗室尋找具有成本效益的替代。
搭配碳，以及氮肥的使用，賦予一定的耐腐蝕性，酸性環境中，質子交換膜電解水細胞所需的低成本鉬的潜在效益的實驗證明，布魯克海文國家實驗室的團隊已經確定了一些有希望的綫索。但是這兩種方法還沒有被嘗試過。
學生開始著手確定碳和氮的來源，豐富和廉價的和測試的方式把它們結合起來，鉬鹽。
“學生們變得興奮，他們的日常生活中使用熟悉的材料，以滿足現實世界的能源挑戰，”陳回憶。研究小組測試各種各樣的來源，生物質能葉，莖，花，種子，豆類，尤其是蛋白質含量高的興趣，因爲氨基酸構成蛋白質的豐富來源，氮。高蛋白大豆原來是最好的。
爲了使催化劑的團隊地面成粉，大豆混合粉末與的鉬酸銨在水中，然後乾燥幷在惰性氬氣的存在下加熱樣品。“阿隨後的高溫處理（滲碳）誘導鉬，碳和氮成分的大豆，以生産鉬碳化物和氮化鉬之間的反應”，陳解釋。“過程很簡單，經濟，環保。”
單獨成分的電化學測試表明，碳化鉬是有效的轉換H2O的H2，但不能在酸性溶液中穩定，而鉬的氮化物是耐腐蝕的，但效率不高的産氫。甲納米結構的這兩種材料的混合，然而，保持活性和穩定性，即使是高度酸性的環境中經過500小時的測試。
“屬性的鉬大豆的催化劑（MoSoy），鉬的碳化物相，在複合材料中的鉬氮化物相之間的協同效應的高活性，”陳說。
在布魯克海文國家實驗室的國家同步輻射光源（NSLS）和納米功能材料研究中心（CFN）進行的新的催化劑的結構和化學的研究也報告的文件，幷提供進一步的細節，相關高性能的這個新的催化劑。
“在附近的催化中心鉬的氮原子和碳原子的存在，有利于從水生産氫氣，”Muckerman所述。
科學家還測試MoSoy的催化劑停泊在片石墨烯的方法已被證明有效的提高催化劑性能的電化學裝置，如電池，超級電容器，燃料電池，和水電解槽。使用高分辨透射顯微鏡Brookhven凝聚態物理和材料科學系，科學家們能够觀察到二維石墨片的錨MoSoy納米晶。
石墨錨MoSoy催化劑超越純鉑金屬的性能。雖然不是很活躍，市售的鉑催化劑，高性能的的石墨烯錨MoSoy是非常令人鼓舞的科研團隊。
“石墨烯片的直接生長的錨MoSoy納米晶體可以提高强耦合的混合材料形成與親密，無縫的電子傳遞通路，用于化學放氫的催化劑，進一步降低了所需的能量，從而加速電子傳遞速率發生反應，“佐佐木說。
科學家們進行進一步研究，以獲得更深入的瞭解催化劑石墨烯界面的相互作用的性質，幷探討如何進一步改善其性能。
在論文中，作者包括兩個高中學生得出結論：“這項研究提供的證據表明，明確一種廉價和豐富的稀土過渡金屬如鉬可以變成控制固態反應活性催化劑大豆...準備的MoSoy催化劑簡單，可以很容易地擴展。其長期的耐用性和超低的資金成本滿足其應用在大型設備的建設的先决條件。因此，這些發現開闢了新的前景結合廉價的生物質和過渡金屬的電催化反應的催化劑。“
這項研究的其他合作者王照輝，朱王一梅布魯克海文實驗室。
資助這項研究是由美國能源部科學辦公室，布魯克海文國家實驗室的實驗室指導研究和發展方案，其技術成熟方案，以及資金，布魯克海文國家實驗室的教育計劃辦公室通過科學辦公室。NSLS和CFN也由能源部科學辦公室的支持。
功能納米材料中心是五個美國能源部納米科學研究中心之一，著名的全國跨學科研究在納米級的用戶設施由美國能源部科學辦公室的支持。一起NSRCs包括一套配套設施，爲研究人員提供國家的最先進的功能，製造，加工，表徵和建模納米材料，幷構成了最大的基礎設施投資的國家納米技術倡議。的NSRCs是位于美國能源部阿貢國家實驗室，布魯克海文國家實驗室，勞倫斯伯克利國家實驗室，橡樹嶺，桑迪亞國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室。對于更多信息能源部NSRCs。
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