來自美國能源部西北國家實驗室的工作人員正一步步揭示由銠、硼以及其他原子簇組成的催化劑的特性。該催化劑能與硼烷氨發(fā)生化學反應，產(chǎn)生氫氣。硼烷氨是一種能大密度儲存氫的分子。
西北國家實驗室的化學家羅杰·盧梭與大家分享了他的想法。他說：“近期的一系列研究讓我們逐步意識到在催化劑‘解救’被‘困’氫氣的過程中哪一步是最艱難的。我們現(xiàn)在要做的就是改變這艱難的一步，讓氫氣‘越獄’變得更容易，從而優(yōu)化催化劑結(jié)構。”
在所有的催化劑中，正在界面催化劑研究所開展研究工作的化學家寄希望于一種以金屬銠為基礎的催化劑。雖然基本元素相同，但催化劑的結(jié)構卻是千變?nèi)f化，因此性能也會有天壤之別。為能找到最佳目標，使氫氣產(chǎn)量達到最高，科學家們對不同結(jié)構的催化劑進行了實驗。已經(jīng)進行過測試的結(jié)構中包括四面體以及中間含4個銠原子的三棱錐結(jié)構。實驗過程中，研究人員使用的是X射線吸收精細結(jié)構法（XAFS）。XAFS是一種光譜分析法，通過X射線處理測試催化劑的元素組成、分子內(nèi)原子結(jié)構，以及化學、物理性質(zhì)等。此外，美國能源部環(huán)境分子科學研究室的科學家也收集到了大量有關催化劑的數(shù)據(jù)。不過這些數(shù)據(jù)多而雜，需要大量的時間和精力進行分析才能為研究人員所用。為解決數(shù)據(jù)過多過雜的難題，研究人員希望通過計算機模擬出一個理論上能與所有數(shù)據(jù)相匹配的催化劑分子結(jié)構。
為確保數(shù)據(jù)的真實性，研究人員將硼烷氨、催化劑結(jié)構的XAFS光譜分析和計算機模擬結(jié)合了起來。催化劑結(jié)構的化學性質(zhì)以及實驗室中得到的輔助數(shù)據(jù)幫助研究團隊用圖表精確描繪出了催化劑與硼烷氨反應的過程。研究人員表示，由于催化劑一直處于活躍狀態(tài)，很難進行精確觀察，但不可否認的是，目前用來測試的催化劑的性能很好。
催化劑與硼烷氨的反應過程如下：首先，催化劑會找到硼烷氨分子中氫原子所在的位置。一個硼烷氨分子中含有一個氮原子，2個氫原子在其周圍。然后，催化劑會將兩個氫原子中的一個分離出來，這就是研究人員尋找的“解救”被“困”氫原子的過程中最艱難的一步。一旦有一個氫原子被分離出來，硼原子與剩余氫原子之間的結(jié)合就會變得極不穩(wěn)定。這樣一來，第三步就變得容易多了。最后一步也是最簡單的一步，催化劑將剩余的氫原子分離，反應完成。被分離出來的氫原子可以應用于發(fā)動機或燃料電池之中，產(chǎn)生電力。
