德國馬克斯·普朗克研究所科學(xué)家研制出一種獨特的拓撲手性晶體，并將其用作水解制氫過程中的催化劑。通過操控該晶體內(nèi)電子自旋，科學(xué)家將水解制氫效率提升了200倍。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·能源》雜志。

作為一種清潔燃料，氫氣來源豐富、能量密度高，可替代化石燃料，用于運輸、發(fā)電等多個領(lǐng)域。但是，目前99%的氫氣來源于化石能源重整，這一過程會排放出大量二氧化碳。而水解制氫技術(shù)通過將水分子分解為氫氣和氧氣來生產(chǎn)清潔的氫氣，無疑是一條極具前景的綠色能源之路。

不過，水解制氫也面臨不小的挑戰(zhàn)。其中，析氧反應(yīng)便是制約其效率提升的“絆腳石”。析氧反應(yīng)涉及一系列復(fù)雜且緩慢的電子轉(zhuǎn)移步驟，極大地降低了水分解過程的效率，進而影響其成本效益。鑒于此，科學(xué)家正積極探索加快析氧反應(yīng)的新方法。

最新研究中，科學(xué)家設(shè)計出了一種由銠、硅、錫和鉍等多種元素組成的拓撲手性晶體。這些晶體的原子具有獨特的左旋或右旋排列結(jié)構(gòu)，使其能以特定方式與光和其他手性分子相互作用。而且，這一晶體的獨特組成能高效地操控晶體內(nèi)電子的自旋，使電子在水分解過程中更快速地“奔赴”氧氣生成位點。

電子轉(zhuǎn)移速度的加快顯著提高了整體反應(yīng)速率。與利用傳統(tǒng)催化劑相比，新催化劑的加入將水分解過程的效率提高了200倍。但目前研制出的催化劑仍然含有稀有元素，未來將很快推出高效且可持續(xù)的催化劑。