研究小组近期在《美国国家科学院院刊》杂志上报道，美国和中国科学家正在寻找新的解决方案，以更有效地收集和储存太阳能，并合成了一种新型的双原子催化剂，作为人工光合作用的平台。
该小组开发了一种铱催化剂，只有两个活性金属中心。最重要的是，实验表明，该催化剂具有一个定义明确的结构，能够作为未来太阳能燃料合成研究的生产平台。
“我们的研究涉及直接太阳能存储技术。”该报告的主要作者、波士顿学院化学副教授Dunwei Wang说。“它解决了太阳能是间歇性的关键挑战。它通过直接收集太阳能并将能量储存在化学键中，就像光合作用的执行方式一样，但效率更高，成本更低。”
研究人员花了相当多的时间在单原子催化剂（SACs）上，而很少探索一种以两个原子为特征的“原子分散催化剂”。在题为“在金属氧化物基板上为太阳能水氧化提供支持的稳定的铱双核异质催化剂”的论文中，该小组报告了以一种便利的光化学方式合成铱双核多相催化剂的情况。该催化剂具有优异的稳定性和较高的水氧化活性，是自然光合作用和人工光合作用的重要过程。
针对催化方面的研究人员在多相催化剂的发展中遇到了特殊的挑战，这些催化剂被广泛地应用于大规模的工业化学转化中。大多数活性多相催化剂的原子结构往往没有很好的定义，这使得在分子水平上很难对其进行详细的评价。
该小组利用新技术对单原子催化剂进行了评价，并开发了一个材料平台，以研究需要一个以上活性中心的重要和复杂的反应。
Wang说，研究小组确定了“水氧化反应中最小的活性和最耐用的多相催化剂单元是什么。此前，研究人员提出了这个问题，并且只在同质催化剂中找到了答案，后者的耐久性较差。我们第一次看到了多相催化剂在清洁能源生产和储存方面的潜力。”
该小组还在劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源进行了X射线实验，以帮助确定铱催化剂的结构。他们采用了两种技术：X射线吸收精细结构（EXAFS）和X射线近边结构（XANES）。这些实验为更好地理解这种新催化剂提供了重要的证据。
Wang说，该团队对这种催化剂的简单性和耐久性感到惊讶，同时对水氧化反应的高活性也感到惊讶。
Wang说，下一步的研究工作包括进一步优化催化剂的实际应用，并检查催化剂在哪些领域可以应用于新的化学转化。
除了Wang和他在波士顿学院的研究团队外，参与这项研究的还有来自加州大学欧文分校、耶鲁大学、塔夫茨大学、劳伦斯伯克利国家实验室以及中国清华大学和南京大学的科学家。
这项研究由美国国家科学基金会和美国能源部以及中国的科学机构资助。
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