纳米粒子触发产生从水中氢的化学反应

时间：2021-05-25 09:52:07 来源：

准氨基镍磷化物纳米粒子集合的透射电子显微镜图像。由宾州州立大学的雷蒙德施·施塔克领导的团队发现，这些纳米颗粒可以催化产生从水的氢的重要化学反应。

宾州州立大学的研究人员发现，由镍和磷组成的纳米粒子可以催化产生从水产生氢的化学反应。

由于新的发现，可以使清洁能源技术更便宜。由宾州州立大学化学教授Raymond Schaak领导，研究团队成员发现，从水中产生氢的重要化学反应是有效触发 - 或催化 - 由由镍和磷的纳米颗粒，两个廉价元素组成在地球上丰富。研究结果在美国化学学会杂志上发表。

Schaak解释说，磷化镍纳米粒子的目的是有助于产生水的氢，这是对许多能源生产技术重要的过程，包括燃料电池和太阳能电池。“水是一种理想的燃料，因为它便宜且丰富，但我们需要能够从中提取氢气，”Schaak说。Schaak解释说，氢气具有高能量密度，并且是一个伟大的能量载体，但需要能量产生能量。为了使其生产实用，科学家们一直在狩猎以与廉价催化剂引发所需的化学反应。Schaak指出，这一壮举是由铂金完全完成的，但是，铂金是昂贵且相对罕见的，他和他的团队一直在寻找替代材料。“有一些预测镍磷化物可能是一个好的候选者，我们已经与磷化镍纳米粒子合作了几年，”Schaak说。“事实证明，磷化镍的纳米颗粒实际上是用于生产氢的纳米粒子，与铂的最佳已知替代品相当。”

为了产生磷化镍纳米粒子，团队成员开始使用可商购的金属盐。然后它们将这些盐溶于溶剂中，加入其他化学成分，并加热溶液以允许纳米颗粒形成。研究人员能够创造一种纳米颗粒，即准球形 - 不是一个完美的球体，而是具有许多扁平的暴露边缘的球形。“纳米颗粒的小尺寸产生高表面积，并且暴露的边缘意味着可以使用大量的位点来催化产生氢的化学反应，”Schaak解释说。

图像显示镍磷化物晶体表面的氢气鼓泡。由宾夕法尼亚州立大学雷蒙德施达领导的团队正在研究由磷化镍制成的纳米粒子，作为创造清洁能源技术的手段。

下一步是加州技术研究所的团队成员，以测试纳米颗粒的性能在催化必要的化学反应时。由Nathan S. Lewis领导的乔治L. Argyros在加州理工学院化学教授，研究人员通过将纳米颗粒放入钛箔片并浸入硫酸溶液中来进行这些测试。接下来，研究人员施加电压并测量产生的电流。他们发现，不仅在他们希望的化学反应中发生的化学反应，它们也在发生高效率。

“纳米粒子技术已经开始打开大门以更便宜，更清洁的能量，也有效且有用，”Schaak说。“现在的目标是进一步提高这些纳米颗粒的性能并理解它们使它们函数的操作方式。此外，我们的团队成员认为，我们与磷化镍的成功可以铺平朝向其他新催化剂的发现，这些催化剂也由土壤丰富的材料组成。这次发现的见解可能导致未来更好的催化剂。“

除了Schaak和Lewis，还为这项研究做出了贡献的其他研究人员，包括埃里克J.Popczun，Carlos G. Read，Adam J.Biacchi和alex M. Wiltrout从Penn State;来自加州理工学院的James R. Mckone。

该研究由美国国家科学基金会和美国能源部资助。该团队提出了专利申请。

出版物：Eric J.Popczun等，“纳米结构镍磷化镍作为氢进化反应的电催化剂”，J.IM。化学。SOC。，2013; DOI：10.1021 / JA403440E

图片：宾夕法尼亚州州立大学Eric Popczun

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