天天要闻：“裂水制氢”大突破！全新催化剂“起源”大自然 无需昂贵金属

(资料图)

目前，工业氢通常是通过电解过程、“裂水”而来。为了在工业环境中促进这种化学反应，铂金属常常会被用作引导反应的阴极催化剂。然而，许多研究表明，随着世界向更环保的能源方向发展，铂金的昂贵和稀有性使其愈发缺乏吸引力。

在最新发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign，缩写为UIUC）的研究人员报告称，他们设计了一种合成分子，可能是未来氢燃料生产的关键催化剂。

首先，研究人员们表示，他们发现了一种被称为镍铁氢化酶的古老生物酶，它在为可再生能源经济生产氢气方面可以发挥关键作用。而他们的最新设计也正是基于对这种酶的详细研究。

他们解释称，自然界的镍铁氢化酶，是使用地球上丰富的金属来产生氢气。天然酶中核心的镍通过还原水中的质子来产生氢气，在催化过程中，镍中心经过顺磁性中间体，这意味着中间体有一个不成对的电子，这使它们的寿命非常短。

在他们的最新研究中，研究人员们成功解决了上述缺陷，并最大程度还原了“大自然的反应”。他们说，“我们试图完全模仿大自然的行为，因为它是有效的，而最大限度地提高效率是设计能源时要克服的关键挑战。”

为了实现这一目标，该团队设计了一种名为配体的有机分子，它含有氮和硫等供电子原子，可以将镍固定在适当位置，并支持产生氢的两种相关顺磁态。将这种分子与其他催化剂区别开来的关键设计元素是在镍中心附近存在一个碳-氢键，该键在催化过程中断裂并重新形成。这对于稳定上述顺磁态至关重要。

研究人员说，“我们工作的一个关键收获是，通过使用特殊设计的配体，我们成功地将无机化学的两个领域（生物无机化学和有机金属化学）的想法结合起来，制造出了与自然界镍铁氢化酶的活性位点相似的镍配合物。”

（来源：财联社）

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