科學家表示，一種新型催化劑的神秘作用可能有助於利用水生產燃料並改進燃料電池。
將水分解成其組成元素氫和氧是開發清潔可再生燃料的重要起點。利用水生產氫氣也可能成為儲存過剩可再生能源的一種方法。
這是一個植物已經透過光合作用掌握的過程，而人類現在正努力複製它。
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斯坦福大學化學工程系SUNCAT介面科學與催化中心的研究員托馬斯·賈拉米洛說：“雖然光合作用非常擅長氧化水，但事實是，許多人造的進行這些過程的方法並不那麼好。”
許多利用水製造氫氣和氧氣的人工方法需要過於昂貴的材料，需要過多的能量，或者在實際條件下（如燃料電池中的酸性電解質）分解得太快。
但是，分解水以產生氫氣可能是減少溫室氣體排放的重要途徑。賈拉米洛觀察到，世界每年生產超過500億公斤的氫氣，其中超過95%來自化石燃料，透過蒸汽重整甲烷等工藝獲得。
賈拉米洛和他的合作者致力於開發一種用於析氧反應的催化劑，這是水分解過程中眾所周知的緩慢一半。催化劑是一種物質，它可以加速化學反應或降低啟動化學反應所需的能量，而自身不會被消耗掉。使這些材料壽命更長、工作更快、使用更少的能量將降低價格並提高可再生氫氣生產的效率。
在一篇論文中，該論文上週發表在《科學》雜誌上，研究團隊展示了一種在苛刻條件下工作並擊敗所有競爭對手的析氧催化劑。
SLAC國家加速器實驗室的 staff scientist （工作人員科學家） Hikita Yasuyuki （引田泰之） 說：“這篇論文中最大的成就是我們能夠找到一種在酸性條件下穩定的催化劑。” “我們發現的活性是破紀錄的。”
在析氧反應催化劑中，關鍵基準之一是過電位，即驅動反應所需的電量。過去的記錄是320毫伏，但新的催化劑只需要270到290毫伏的過電位即可達到相同的氧氣產量水平。
Hikita 說，這是效率的巨大提高，將大大減少潛在的氫氣生產工廠全天候執行所需的能量。
在這種情況下，催化劑是一種薄膜晶體，生長得儘可能平坦，一層由氧化銥製成，另一層由鍶銥氧化物製成。有了平坦的薄晶體，研究人員就有了更好的模擬比較標準。
Hikita 說：“氧化銥是唯一已知的在酸性條件下起作用的催化劑。”
在他們的實驗中，研究人員還發現催化劑的效能隨時間推移而提高。測量表明催化劑的表面發生了變化，但加速析氧的機制尚不清楚。“從微觀上看，我們不確定此時的原因，” Hikita 說。“部分鍶進入溶液。”
研究人員現在正致力於使他們的析氧催化劑更高效、更便宜，並梳理出使該材料如此有效工作的物理原理。“銥仍然是一種非常昂貴的金屬，” Hikita 說。“為了達到相同的效果，我們可以減少多少銥的用量？對於實際的工業應用，我們需要大大降低用量。”
賈拉米洛說：“在開發更好的催化劑方面，未來的空間比過去的空間要大得多。” “你可以想象一種比我們製造的催化劑好一百萬倍的催化劑。”
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