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一种前景广阔的能量转换催化剂结构揭晓

2014-12-23 13:06:42 绿色未来
  氢燃料是一种前景广阔的清洁能源,它可以由水裂解成氢气和氧气而制得。这个反应很难发生,但在催化剂的作用下,可以加速该过程。然而,目前的水裂解催化剂效率较低,不具有商业竞争力。最近,科学家发现这样一种催化剂——铁掺杂的氧化镍,它作为一种高活性化合物可以加快该反应,但它的活性来源尚不明确。


这个图像是β-NiOOH的和其可能的镶嵌结构示意图。图片来源:Selloni实验室

现在,普林斯顿大学的研究人员通过理论计算对氧化镍催化剂的活性成分β-NiOOH的结构有了新的理解。研究人员由普林斯顿大学化学教授Annabella Selloni领导,他们的研究成果于10月28日发表在物理化学快报杂志上。

“了解物质结构是对材料性能进行进一步研究的基础。如果不知道材料的结构,你就不可能知道它的性能,”Selloni表示。由于氧化镍在反应过程中不断发生变化,它的确切结构一直难以通过实验确定。

该研究小组采取了理论研究的方式,并采用了“遗传算法”来寻找该结构。遗传算法在一组参数下运行,其从进化过程汲取灵感,通过一代又一代的结构,最终找到最“适合”或最有可能的结构。

通过遗传算法寻找结果与混合密度泛函理论计算的计算技术相结合,Li和Selloni估计出了分子的电子结构,从而确定了符合现有观测结果的氧化镍结构。

这种观测结果实际上是该材料的镶嵌结构,它由微小米粒状的微观结构组成。研究人员提出这些微观结构是缓解层间应力的稳定隧道结构。另一个观察到的特征是由相同材料制成的层间距离的二倍,被称为其c轴周期性,其表示反应过程中形成的Ni(OH)2和NiO2的交替层。

在对材料结构有了更好理解后,科学家希望进一步绘制出反应中的活性变化。“我对微观机理更感兴趣,关注电子和原子在做什么,” Selloni说。




责任编辑: 李颖

标签:能源转换催化剂