用新的纳米材料加速改善氢燃料生产

2D氮化硼基板的例证与寄主染色镍簇的缺陷。催化剂有助于从液体化学载体中去除氢的化学反应，使其可用作燃料。

一种新的纳米材料有助于从液体能量载体中获得氢，朝向稳定和清洁燃料源的关键步骤中。

氢是一种可持续的清洁能源来源，可避免有毒排放，并可以增加经济中的多个部门的价值，包括运输，发电，金属制造等。用于储存和运输氢桥的技术，可持续能源生产和燃料使用之间的差距，因此是可行的氢经济性的必要组分。

但传统的储存手段昂贵，易受污染的昂贵且易感。因此，研究人员正在寻找可靠，低成本和简单的替代技术。更高效的氢输送系统将有利于诸如固定电源，便携式电源和移动车辆行业的许多应用。

现在，正如美国国家科学院的期刊报告所报道，研究人员已经设计和合成了一种有效的材料，用于加速从醇中提取氢气中的氢气中的一个限制步骤。催化剂，催化剂是由锚定在2D基板上的微小簇制成的。

由劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的研究人员领导的团队发现催化剂可以清洁和有效地加速从液体化学载体中去除氢原子的反应。该材料具有稳健性，由土壤丰富的金属制成，而不是由贵金属制成的现有选择，并有助于使氢成为广泛的应用的可行能源。

“我们在这里展示了比我们测试的重要的镍催化剂更高的活性，对于重要的可再生能源燃料，而且在广泛的反应中使用实惠金属的更广泛的策略，”杰夫城市，无机纳米结构说领导工作的分子铸造厂的设施主任。

该研究是氢气材料的一部分是由美国能源效率和可再生能源氢气和燃料电池技术办公室（EERE）提供的联盟的氢气材料高级研究财团（Hymarc）。通过这项努力，五个国家实验室致力于解决科学差距阻碍固体储氢材料的进步。这项工作的产出将直接进入Eere的[电子邮件保护]视觉，以获得经济经济的经济实惠的氢气生产，储存，分配和利用。

2D氮化硼基材的例证与寄主染色镍簇的缺陷的缺陷。催化剂有助于从液体化学载体中去除氢的化学反应，使其可用作燃料。

作为由城市和他的团队开发的催化剂的化学化合物通常用于增加化学反应的速率而不消耗化合物本身 - 它们可能将特定分子保持在稳定位置，或用作中间体允许可靠地完成一个重要的步骤。对于产生来自液体载体的氢的化学反应，最有效的催化剂由贵金属制成。然而，这些催化剂与高成本和低丰度相关，并且易受污染。其他较便宜的催化剂由更常见的金属制成，往往不太有效，稳定，这将其活动限制为氢气生产行业的活动及其实际部署。

为了提高这些地球上基于金属的催化剂的性能和稳定性，城市及其同事修改了一种侧重于微小，均匀镍金属簇的策略。微小的簇很重要，因为它们在给定的材料中最大化反应性表面的暴露。但它们也倾向于聚集在一起，这抑制了它们的反应性。

博士后研究助理Zhuolei Zhang and Project Scientist Ji Su，都在分子铸造和联合引导作者的纸上，设计和执行了通过将1.5纳米直径的镍簇沉积到由硼制成的2D基板上而形成的实验。氮气工程化以托管原子尺寸凹槽的网格。镍簇在凹坑中均匀地分散并牢固地锚固。该设计不仅可以防止丛集，而且其热和化学性质通过直接与镍簇与镍簇相互作用而大大提高了催化剂的整体性能。

“已经发现”底层表面在簇形成和沉积阶段的作用“是至关重要的，并且可以提供以了解其在其他过程中的角色的线索”。

详细的X射线和光谱测量，与理论计算相结合，揭示了潜在的表面和它们在催化中的作用。研究人员使用高级光源的工具，在伯克利实验室的DOE用户设施以及计算建模方法中，鉴定了2D纸张的物理和化学性质的变化，而微小的镍簇占据纸张的原始区域并与附近边缘相互作用，从而保留簇的微小尺寸。微小的稳定簇促进了氢气通过其液体载体分离的方法中的作用，赋予催化剂具有优异的选择性，生产率和稳定的性能。

计算表明，催化剂的规模是其活性在最近报告的其他人之间的最佳状态。David Prendergast，分子铸造型纳米结构材料设施理论主任，以及博士后研究助理和联合领导作者Ana Sanz-Matias，使用模型和计算方法来揭示微型金属簇的独特几何和电子结构。裸露的金属原子，在这些小簇中丰富，更容易吸引液体载体比较大的金属颗粒。这些暴露的原子还会减轻了从载体中氢化氢的化学反应的步骤，同时防止了可能堵塞簇表面的污染物。因此，在氢气产生反应中的关键步骤期间，材料保持不含污染。这些催化和抗污染性质从被故意引入2D纸张的缺陷中出现，最终帮助保持簇尺寸小。

“污染可以使可能的非贵金属催化剂不可行。我们的平台为您打开了一个新的门来工程，“城市说。

在其催化剂中，研究人员实现了产生相对便宜，容易获得的和稳定的材料的目的，有助于从液体载体中剥离氢气以用作燃料。这项工作从事DOE努力开发储氢材料，以满足Eere氢气和燃料电池技术办公室的目标，并优化用于未来车辆的材料。

伯克利实验室团队的未来工作将进一步磨练以支持微小金属簇的方式改变2D基板的策略，以发展更有效的催化剂。该技术有助于优化从液体化学载体中提取氢的过程。

参考：“通过超越富含缺陷的H-BN纳米蛋白酶从缺陷的H-BN纳米蛋白酶上加强和稳定的氢气生产”通过诸葛Zhang，Ji Su，Ana Sanz Matias，Madeleine Gordon，义胜刘，京华郭，成宇歌，潮韶敦， David Prendergast，Gabor A.萨罗吉和Jeffrey J. Urban，11月24日2020年11月24日，国家科学院的诉讼程序.DOI：
10.1073 / pnas.2015897117

分子铸造厂和先进光源是伯克利实验室的DOE科学用户设施办公室。

该研究得到了科学和Eere氢气和燃料电池技术办公室的DOE办公室。