纳米混合钼晶体有效催化液态水转化为氢气
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- 分类：钼业新闻
- 发布于 2013年5月17日
- 作者：CCJ
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由可再生的大豆和丰富的钼金属的催化剂，在环保，成本效益的方式，产生氢气，无形中增加了使用这种清洁能源来源。
该研究已经获得了广泛的认可为SHILPA，Shweta艾耶，双胞胎姐姐高中学生的研究做出了贡献，布鲁克海文国家实验室的化学家陈伟福的指导下实习的一部分，带领由詹姆斯Muckerman的藤田惠项目支持和佐佐木小太郎。
本文报道了'硬科学'从什么开始作为的艾耶双胞胎“的研究项目，并已导致在表现最好的，非贵金属含析氢催化剂未知甚至比散装铂金属，”Muckerman说。
该项目分支布鲁克海文国家实验室的研究发展替代燃料利用太阳光。他们的最终目标是要找到方法来使用太阳能可以直接或通过太阳能电池，发电，烃燃烧，水和二氧化碳转换成最终产品，放回碳基燃料。“，这被称为”人工光合作用过程模仿植物是如何将那些相同的成分，对能源的糖的形式。其中关键的一步是分解水或电解水。
通过将液体成氢气和氧气的水（H2O），氢可作为气体（H2）再生，并直接作为燃料使用，佐佐木解释。“我们寻求应用电解水从地球上丰富的材料制作一个商业上可行的催化剂，结果确实是一流的。”
这种形式的产氢可以帮助科学家们实现了他们的最终目标。
“一个非常有前途的途径是含碳燃料使用太阳能产氢氢化二氧化碳（或一氧化碳），”藤田说，人工光合作用谁领导的小组在布鲁克海文国家实验室的化学系。
但是，以最有效的水分解催化剂与铂为主要成分的，这个过程是目前在经济上可行的成本太高。
Comsewogue高中学生Shweta SHILPA的艾耶进入实验室寻找具有成本效益的替代。
搭配碳，以及氮肥的使用，赋予一定的耐腐蚀性，酸性环境中，质子交换膜电解水细胞所需的低成本钼的潜在效益的实验证明，布鲁克海文国家实验室的团队已经确定了一些有希望的线索。但是这两种方法还没有被尝试过。
学生开始着手确定碳和氮的来源，丰富和廉价的和测试的方式把它们结合起来，钼盐。
“学生们变得兴奋，他们的日常生活中使用熟悉的材料，以满足现实世界的能源挑战，”陈回忆。研究小组测试各种各样的来源，生物质能叶，茎，花，种子，豆类，尤其是蛋白质含量高的兴趣，因为氨基酸构成蛋白质的丰富来源，氮。高蛋白大豆原来是最好的。
为了使催化剂的团队地面成粉，大豆混合粉末与的钼酸铵在水中，然后干燥并在惰性氩气的存在下加热样品。“阿随后的高温处理（渗碳）诱导钼，碳和氮成分的大豆，以生产钼碳化物和氮化钼之间的反应”，陈解释。“过程很简单，经济，环保。”
单独成分的电化学测试表明，碳化钼是有效的转换H2O的H2，但不能在酸性溶液中稳定，而钼的氮化物是耐腐蚀的，但效率不高的产氢。甲纳米结构的这两种材料的混合，然而，保持活性和稳定性，即使是高度酸性的环境中经过500小时的测试。
“属性的钼大豆的催化剂（MoSoy），钼的碳化物相，在复合材料中的钼氮化物相之间的协同效应的高活性，”陈说。
在布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源（NSLS）和纳米功能材料研究中心（CFN）进行的新的催化剂的结构和化学的研究也报告的文件，并提供进一步的细节，相关高性能的这个新的催化剂。
“在附近的催化中心钼的氮原子和碳原子的存在，有利于从水生产氢气，”Muckerman所述。
科学家还测试MoSoy的催化剂停泊在片石墨烯的方法已被证明有效的提高催化剂性能的电化学装置，如电池，超级电容器，燃料电池，和水电解槽。使用高分辨透射显微镜Brookhven凝聚态物理和材料科学系，科学家们能够观察到二维石墨片的锚MoSoy纳米晶。
石墨锚MoSoy催化剂超越纯铂金属的性能。虽然不是很活跃，市售的铂催化剂，高性能的的石墨烯锚MoSoy是非常令人鼓舞的科研团队。
“石墨烯片的直接生长的锚MoSoy纳米晶体可以提高强耦合的混合材料形成与亲密，无缝的电子传递通路，用于化学放氢的催化剂，进一步降低了所需的能量，从而加速电子传递速率发生反应，“佐佐木说。
科学家们进行进一步研究，以获得更深入的了解催化剂石墨烯界面的相互作用的性质，并探讨如何进一步改善其性能。
在论文中，作者包括两个高中学生得出结论：“这项研究提供的证据表明，明确一种廉价和丰富的稀土过渡金属如钼可以变成控制固态反应活性催化剂大豆...准备的MoSoy催化剂简单，可以很容易地扩展。其长期的耐用性和超低的资金成本满足其应用在大型设备的建设的先决条件。因此，这些发现开辟了新的前景结合廉价的生物质和过渡金属的电催化反应的催化剂。“
这项研究的其他合作者王照辉，朱王一梅布鲁克海文实验室。
资助这项研究是由美国能源部科学办公室，布鲁克海文国家实验室的实验室指导研究和发展方案，其技术成熟方案，以及资金，布鲁克海文国家实验室的教育计划办公室通过科学办公室。NSLS和CFN也由能源部科学办公室的支持。
功能纳米材料中心是五个美国能源部纳米科学研究中心之一，著名的全国跨学科研究在纳米级的用户设施由美国能源部科学办公室的支持。一起NSRCs包括一套配套设施，为研究人员提供国家的最先进的功能，制造，加工，表征和建模纳米材料，并构成了最大的基础设施投资的国家纳米技术倡议。的NSRCs是位于美国能源部阿贡国家实验室，布鲁克海文国家实验室，劳伦斯伯克利国家实验室，橡树岭，桑迪亚国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室。对于更多信息能源部NSRCs。
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