由韩国高级科学技术研究所 将二维薄片切割成纳米带的示意图
使氢气生产变得清洁和廉价的最大挑战之一是找到生产氢气的化学反应所需的替代催化剂，这种催化剂比目前使用的非常昂贵和稀有的铂便宜和丰富得多
韩国的研究人员现在找到了一种方法，可以将一种廉价而丰富的物质“剪切”成微小的纳米带，这种物质符合要求，其催化效率至少可以达到铂的催化效率
研究人员已经发现了一种潜在的催化剂替代品——一种使用化学“剪刀”生产它们的创新方法——这种方法可以使制氢更加经济
材料科学与工程系的金相佑教授领导的研究小组在《自然通讯》上发表了他们的研究成果
氢很可能在从化石燃料和其他产生温室气体排放的过程的清洁过渡中发挥关键作用
有许多运输行业，如长途航运和航空，很难通电，因此需要清洁生产的氢气作为燃料或其他碳中性合成燃料的原料
同样，如果没有廉价清洁的氢气，化肥生产和钢铁行业也不太可能“去碳化”
问题是目前生产氢气最便宜的方法是从天然气中生产，这一过程本身会产生温室气体二氧化碳——这与目的不符
氢生产的替代技术，例如在浸入水中的两个电极之间使用电流进行电解，以克服将水结合在一起的化学键，从而将水分解成其组成元素氧和氢，已经非常成熟
但是，导致高成本的因素之一，除了极其耗能之外，就是需要非常昂贵的贵金属和相对稀有的金属铂
在制氢过程中，铂被用作催化剂——一种引发或加速化学反应的物质
因此，研究人员长期以来一直在寻找铂的替代品，铂是地球上另一种储量丰富、价格低廉的催化剂
一段时间以来，纳米材料形式的过渡金属二硫化物(TMDs)被认为是铂催化剂的良好替代品
这些物质由一个过渡金属原子(元素周期表中间部分的元素)和两个硫族元素原子(元素周期表倒数第三列的元素，特别是硫、硒和碲)组成
作为铂的替代品，TMDs之所以是一个很好的选择，不仅仅是因为它们更丰富，还因为它们的电子结构能够给电极提供推动力
此外，作为纳米材料的TMD本质上是一个只有几个原子厚的二维超薄片，就像石墨烯一样
二维三甲基二硅氧烷纳米片的超薄特性使得在催化过程中暴露的三甲基二硅氧烷分子比在一块材料中暴露的要多得多，从而启动并加速了更多的制氢化学反应
然而，即使在这里，TMD分子仅在纳米片的四个边缘具有反应性
在平坦的内部，没有太多的事情发生
为了提高制氢过程中的化学反应速度，纳米片需要被切割成非常薄的——几乎是一维的条带，从而产生许多边缘
作为回应，研究小组开发了本质上是一把化学剪刀的东西，可以把颞下颌关节切成小条
参与设计这一过程的研究人员之一桑金教授说:“到目前为止，任何人都能变成这些‘纳米带’的物质只有石墨烯和磷烯。”
“但它们都只由一种元素组成，所以非常简单
为由两个元素组成的TMD找出如何做到这一点要困难得多
" “剪刀”包括两步过程，首先将锂离子插入到TMD片的层状结构中，然后使用超声波使直线自发“拉开”
“它的工作原理有点像当你劈开一块胶合板时:它很容易沿着纹理向一个方向断裂，”金教授继续说道
“其实真的很简单
" 研究人员随后用各种类型的战区导弹防御系统进行了试验，包括由钼、硒、硫、碲和钨制成的战区导弹防御系统
所有这些都运行良好，催化效率与铂相当
由于过程简单，这种方法不仅可以用于大规模生产TMD纳米带，还可以用于由其他多元素二维材料制造类似的纳米带，目的不仅仅是制氢
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
