资讯丨美研究人员发现超低价氢燃料电池催化剂材料

桑地亚国家实验室的研究者们试图开发低价的车用氢燃料电池，他们优化了一种催化剂——二硫化钼，简称为“莫莉”，使其如泥土一样廉价，从而代替铂——一种稀有元素金属，且具有每盎司900美元的天价。

桑地亚研究者们的发现改变了很多，使每盎司2美元的莫莉成为能源催化剂领域的一匹黑马，粗略来说，就像一个从未被人看好的懒汉成为了重量级冠军潜在的对手。

经过优化后的催化剂分解水产生的氢气总量是原始二硫化钼作催化剂的四倍。对于桑地亚的研究员和首席发起人Stan Chou来说，这仅仅是开始，他说：“在研究更好的整合莫莉和燃料电池体系的过程中，我们应当获得更多产出。”

一个附加的优点是莫莉的催化过程可由太阳光引发，这种特性使其能给远离电网的用户提供获得氢燃料的新方法。

不同于汽油，氢燃料是理想的，它在燃烧时不向大气中排放二氧化碳。氢和氧的燃烧过程只产生水。

Chou准确的说道：“这种想法旨在理解二硫化钼分子结构中的变化，从而使其成为产氢更好的催化剂：在效率方面它接近铂，而且来源是丰富廉价的。我们通过研究二硫化钼在原子尺度的结构转变来进行这项工作，从而使材料中不活跃的部分也能产生氢气。”

可能会有人问道，在什么意义上某部分是“不活跃”呢？

设想一瓣桔子只有外皮是有效的；剩余的部分（桔子可食用的部分）一定会被扔掉。莫莉以一摞平行的纳米结构的形式存在，就像一摞桔子瓣。这些层次不像金属一样是分子的螺栓固定，相反是足够松散以至于彼此间可发生滑移——可作润滑剂，类似于石墨的片层结构，并具有很大的内表面积。

但这就是难点所在：尽管这些纳米结构的边缘在催化氢的能力上可与铂相提并论，由于它们内部的分子排列与边缘不同，其内部可滑移的极大的表面积并没有多大意义。由于这种多余的结构，商业化的催化剂需要大量的莫莉。窄的边缘像灰姑娘一样努力工作，但是内表面像她非亲生的姐姐一样只是四处游荡，没一点用。

致力于研究二维材料和其性能的Chou认为研究的目的应当是让这些非亲姐姐一样的内表面也能起作用。

Bryan Kaehr说道：“有许多方法可以达到这一目的，但是最有效的方法是在溶液中用锂来分离这些纳米层。通过这种方法，当你使材料分离时，它的分子点阵变为不同的形式；而所获得的最终的产物像边缘结构一样具有催化作用。”

该研究成果已经发表在 Nature Communications 上。（来源：材料人网）