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绿色氢的分子开关：催化剂根据其组装方式改变功能
通过水电解制氢是清洁能源转型的基石，但它依赖于在酸性条件下工作的高效稳定的催化剂——目前以铱和铂等贵金属为主。
来源:英国物理学家网首页通过水电解制氢是清洁能源转型的基石，但它依赖于在酸性条件下工作的高效稳定的催化剂——目前以铱和铂等贵金属为主。
由 María Giménez-López 领导的西班牙奇异生物化学和分子材料研究中心 (CiQUS) 的一个研究小组在寻找地球丰富的替代品方面取得了根本性进展。他们的研究发表在《先进材料》杂志上，表明单分子化合物可以充当催化“开关”，在氧气和氢气的产生之间切换。
分子开关的工作原理
这一发现的核心是一种将钒簇（多金属氧酸盐）与碳纳米管结合在一起的混合材料。 “‘开关’并不在于金属簇本身，而在于其周围的有机阳离子的排列方式，”Giménez-López 解释道。 “当材料与纳米管物理混合时，这些称为 TRIS⁺ 的阳离子仍然锁定在晶体结构中。这通过特殊的氧化机制引导反应转向产生氧气。
“然而，当我们让它以定向方式组装时，相同的 TRIS⁺ 阳离子就会被释放，朝向表面，并充当“质子海绵”。这种分子结构的简单变化使该系统成为一种特殊的氢催化剂。”
在分子水平上，钒簇在两种构型中都充当稳定、可逆的电子库。最终功能（氧或氢）由 TRIS⁺ 阳离子决定，这些阳离子根据其可及性调节局部电化学微环境。
对催化剂设计的影响
当被阻塞时，它们会促进水的活化以释放氧气。当游离并暴露时，它们捕获质子并促进其还原为氢。因此，功能转换不是源于改变化学成分，而是源于控制组件的超分子结构。