氢是一种可持续的清洁能源，可以避免有毒排放，并可以为交通、发电、金属制造等多个经济部门增加价值。储存和运输氢的技术弥补了可持续能源生产和燃料使用之间的差距，因此是可行的氢经济的重要组成部分。但是传统的储存和运输方式既昂贵又容易受到污染。因此，研究人员正在寻找可靠、低成本和简单的替代技术。更高效的氢输送系统将有利于许多应用，如固定电源、便携式电源和移动汽车工业。
现在，正如《美国国家科学院院刊》(Proceedings of National Academy of Sciences)上报道的那样，研究人员设计并合成了一种有效的材料，可以加速从醇中提取氢的一个有限步骤。这种材料是一种催化剂，由锚定在二维衬底上的微小金属镍团簇制成。由劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)分子铸模的研究人员领导的团队发现，这种催化剂可以清洁有效地加速从液体化学载体上去除氢原子的反应。这种材料坚固耐用，杏耀网址由地球上丰富的金属制成，而不是现有的贵金属材料，这将有助于使氢成为广泛应用的可行能源。
“我们现在在这里不仅仅是催化剂活性高于其他镍催化剂,我们测试,一个重要的可再生能源燃料,但也是一个更广泛的使用负担得起的战略金属在广泛的反应,”杰夫说城市,无机纳米结构分子铸造设备主管领导工作。该研究是氢材料高级研究联盟(HyMARC)的一部分，该联盟由美国能源部能源效率和可再生能源氢和燃料电池技术办公室(EERE)资助。通过这一努力，五个国家实验室朝着解决阻碍固体氢储存材料发展的科学空白的目标努力。这项工作的成果将直接满足EERE的H2@Scale愿景，在经济的多个部门负担得起的氢生产、存储、分配和利用。
化合物作为催化剂的开发的城市和他的团队通常用来增加化学反应率没有化合物本身消耗——他们可能会举行一个特殊的分子在一个稳定的位置,或作为中介机构,允许一个重要步骤是可靠地完成。对于从液体载体产生氢气的化学反应来说，最有效的催化剂是由贵金属制成的。然而，这些催化剂与高成本和低丰度有关，并容易受到污染。其他价格较低的催化剂，由更普通的金属制成，往往效率较低，稳定性较差，这限制了它们的活性，也限制了它们在制氢工业中的实际应用。
为了提高这些地球上丰富的金属基催化剂的性能和稳定性，
杏耀的体会 ，Urban和他的同事修改了一种策略，专注于微小的、均匀的镍金属簇。微小的团簇是重要的，因为它们最大限度地暴露在给定数量的材料反应表面。但它们也会聚集在一起，抑制它们的反应性。
博士后研究助理Zhuolei张和项目科学家吉苏,在分子铸造和位联席作者在纸上,设计和执行一个实验,渐渐凝结沉淀1.5纳米直径镍集群到2 d基质由硼和氮策划举办一个网格的原子尺度的“酒窝。镍团簇均匀分散并安全地固定在凹槽中。这种设计不仅防止了结块，而且通过直接与镍团簇相互作用，其热性能和化学性能大大提高了催化剂的整体性能。
“在星团形成和沉积阶段，下垫面的作用被发现是关键的，这可能为理解它们在其他过程中的作用提供线索。”Urban说。
详细的x射线和光谱学测量，结合理论计算，揭示了很多关于下表面及其在催化中的作用。利用先进光源(美国能源部在伯克利实验室的一个用户设施)的工具和计算建模方法，研究人员确定了在微小镍团簇形成和沉积在二维薄片上时，其物理和化学性质的变化。该研究小组提出，当金属团簇占据薄片的原始区域并与附近的边缘相互作用时，材料形成，从而保持了团簇的微小尺寸。微小而稳定的团簇促进了氢气从液体载体中分离的过程，使催化剂具有优异的选择性、产率和稳定的性能。
计算表明，催化剂的大小是其活性优于其他最近报道的催化剂的原因。戴维·普伦德加斯特(David Prendergast)是分子铸造中心纳米结构材料理论设施的主任，他与博士后研究助理兼联合首席作者安娜·桑兹-马蒂亚斯(Ana Sanz-Matias)利用模型和计算方法揭示了微小金属团簇的独特几何和电子结构。在这些微小的星团中，大量的裸金属原子比较大的金属粒子更容易吸引液体载体。这些暴露在外的原子还可以减轻从载体上剥离氢的化学反应步骤，同时防止形成可能堵塞簇表面的污染物。因此，在制氢反应的关键步骤中，该材料保持无污染。这些催化和抗污染的特性是从刻意引入2D薄片的缺陷中显现出来的，杏耀登录地址并最终有助于保持团簇的小尺寸。
污染会使可能的非贵金属催化剂失效。我们的平台为这些系统的工程打开了一扇新的大门。”
在他们的催化剂中，研究人员实现了创造一种相对便宜、容易获得且稳定的材料的目标，这种材料有助于从液体载体中提取氢气作为燃料。这项工作源于美国能源部的一项努力，即开发氢储存材料，以满足EERE的氢和燃料电池技术办公室的目标，并优化未来在汽车上使用的材料。
伯克利实验室团队未来的工作将进一步完善二维基底的修饰策略，以支持微小的金属团簇，从而开发出更有效的催化剂。该技术可用于液相化学载体提取氢的工艺优化。
分子铸造厂和先进光源是美国能源部科学用户设施办公室在伯克利实验室。
这项研究得到了美国能源部科学办公室和EERE的氢和燃料电池技术办公室的支持。
