Команда разработала иридиевый катализатор только с двумя активными металлическими центрами. Что наиболее важно, эксперименты показали, что катализатор представляет собой четко определенную структуру, способную служить продуктивной платформой для будущих исследований по синтезу солнечного топлива.«Наше исследование касается технологии прямого накопления солнечной энергии», — сказал доцент химии Бостонского колледжа Дунвэй Ван, ведущий автор отчета. «Он решает критическую проблему, заключающуюся в том, что солнечная энергия является непостоянной.
Это достигается путем прямого сбора солнечной энергии и хранения энергии в химических связях, аналогично тому, как происходит фотосинтез, но с более высокой эффективностью и меньшей стоимостью».Исследователи потратили много времени на одноатомные катализаторы (SAC) и редко исследовали «атомно-дисперсный катализатор», состоящий из двух атомов.
В статье под названием «Стабильные иридиевые двухъядерные гетерогенные катализаторы на металлооксидной подложке для солнечного окисления воды» команда сообщает о синтезе иридиевого двухъядерного гетерогенного катализатора простым фотохимическим способом. Катализатор демонстрирует выдающуюся стабильность и высокую активность по отношению к окислению воды, что является важным процессом в естественном и искусственном фотосинтезе.Исследователи, сосредоточенные на этом аспекте катализа, сталкиваются с особыми проблемами при разработке гетерогенных катализаторов, которые широко используются в крупномасштабных промышленных химических преобразованиях. Наиболее активные гетерогенные катализаторы часто плохо определены в их атомных структурах, что затрудняет оценку детальных механизмов на молекулярном уровне.
Команда смогла воспользоваться преимуществами новых методов оценки одноатомных катализаторов и разработать материальную платформу для изучения важных и сложных реакций, для которых потребуется более одного активного центра.Ван сказал, что группа исследователей намеревалась определить, «какой может быть самый маленький активный и самый прочный гетерогенный катализатор для окисления воды. Ранее исследователи задавали этот вопрос и находили ответ только в гомогенных катализаторах, долговечность которых была низкой. впервые мы получили представление о потенциале гетерогенных катализаторов в производстве и хранении чистой энергии ».Команда также провела рентгеновские эксперименты в усовершенствованном источнике света Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, которые помогли определить структуру иридиевого катализатора.
В своих измерениях они использовали два метода: тонкую структуру поглощения рентгеновских лучей (EXAFS) и структуру ближнего края поглощения рентгеновских лучей (XANES). Эти эксперименты предоставляют важные доказательства для лучшего понимания нового катализатора.Ван сказал, что команда была удивлена простотой и долговечностью катализатора в сочетании с высокой активностью по отношению к желаемой реакции окисления воды.
Ван сказал, что следующие шаги в исследовании включают дальнейшую оптимизацию катализатора для практического использования и изучение областей, в которых катализатор может быть применен для новых химических превращений.Помимо Ванга и его исследовательской группы из Бостонского колледжа, в исследовании участвовали ученые из Калифорнийского университета в Ирвине; Йельский университет; Университет Тафтса; и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, а также китайские учреждения Университета Цинхуа и Нанкинского университета.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Министерством энергетики США, а также научными агентствами Китая.