宾夕法尼亚州立大学马特·卡罗尔
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据宾夕法尼亚州立大学的科学家说，一种新的，高度灵敏的检测氢气产生的系统可能在寻求开发氢气作为化石燃料的环保和经济的替代品方面发挥重要作用
宾夕法尼亚州立大学材料科学、工程和物理学教授文卡特拉曼·戈帕兰说:“我们已经建立了一个世界上最灵敏的检测氢析出的新系统。”
“这解决了一个尚未解决的问题，但对材料发现的发展非常重要
" 科学家们说，这种工具可以用来筛选有前途的光催化剂，这种材料在置于水中并暴露在阳光下时，会促进将水分子分解为氢气和氧气的反应
这种被称为水分解的过程提供了一种清洁可再生的氢气来源，但效率低下，而且寻找合适的光催化剂来提高氢气产量一直是个挑战
在一项研究中，该团队发现他们可以测试比以前更少量的光催化剂材料，并检测非常少量的氢气产生，或氢气析出，范围为每小时几十纳摩尔/几十毫克材料
他们最近在《科学仪器评论》上发表了他们的发现
“如果你在析氢速率和所需光催化剂的质量这两个方面的排名都很低，这意味着这是一个发现新光催化材料的非常敏感的系统，”材料科学与工程系研究生王怀玉说，他领导了这项研究并建立了该系统
“事实证明，我们的工作在两个类别中都名列前茅
" 开发光催化剂是一个深入研究的领域
在宾夕法尼亚州立大学，由材料科学与工程副教授伊斯梅拉·达波领导的科学家们最近使用一台超级计算机将7万多种不同化合物的列表缩小到6种有希望的候选化合物
由杜邦材料化学教授Raymond Schaak领导的另一个团队在他们的实验室合成了这种材料，但即使是少量的合成也是昂贵和耗时的
达波和沙克的顾问、材料科学与工程专业的研究生朱利安·方哈内尔说:“典型的光催化剂使用稀有和贵金属，如铂，非常昂贵。”
“为了这个项目，我们正在制作几十种材料的样品，所以大量制作样品是不切实际的，既费时又费钱
" 戈帕兰说，新系统将允许科学家测试少量的这些材料，并将精力集中在最有希望的候选材料上
但是到了测试样本的时候，研究人员发现商业设备不够灵敏，所以戈帕兰和王自己造了一台
“他们从头开始开发了一种独特灵敏的气相色谱装置，用于氢的可重复检测，这有助于验证我们的计算预测，”达波说
“这种新开发的能力是确认发现太阳能制氢新光催化剂的关键因素
" 科学家们说，与商业装置不同，新设计可以测试光催化剂的裸露状态
为了提高效率，光催化剂需要助催化剂和其他技术来进一步提高效率
例如，金标准是二氧化钛和作为助催化剂添加的铂颗粒
没有这些附件的光催化剂被认为是裸露的
“当我们在寻找新材料时，我们不知道什么是正确的助催化剂，”王说
“简单的答案是——检测裸露的形式是帮助指引材料发现过程方向的最快方法
" 科学家们说，作为研究的一部分，测试的两种光触媒材料比二氧化钛在其裸露状态下表现得更好
这些发现表明，对这些材料的进一步研究可能会产生有前途的光催化剂
“如果你有一种比二氧化钛表现更好的裸化合物，那么我们知道这是一种潜在的优化材料，”王说
“如果我们为这些材料找到合适的助催化剂，我们可以将它们提高几个数量级，这些材料最终可以用于水分解
" 科学家们表示，该系统价格低廉，易于从商业上获得的组件中构建
它的特点是泄漏率低，反应室体积小，与传统的气相色谱系统相比，析氢检测灵敏度提高了三个数量级
“这不是一种全新的技术，这只是卓越的工程，”戈帕兰说
“它的价值在于，这是一个任何人都可以构建的简单、经济高效的系统
如果他们这样做了，他们发现新的光催化剂的研究将会进行得更快
" 来自宾夕法尼亚州立大学的埃伯利科学学院的研究生丽贝卡·卡茨也做出了贡献
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