离子液体可改善制氢催化剂

据http://www.rdmag.com/网站报道：离子液体可改善制氢催化剂性能。通过对催化剂设计进行微调可以提高催化剂的工作速度或能源生产效率。现在，研究人员已经发现，在某种条件下催化剂可以高速催化制氢并且可提高反应效率。研究结果表明，液体介质可以改善催化剂的性能。该研究结果在分子水平上描述了催化剂材料是如何将电能带入氢原子化学键的。这些信息将帮助研究人员构建性能更佳的催化剂。

在研究人员寻找高性能制氢催化剂的过程中，美国西北太平洋国家实验室的化学家模仿氢化酶制成一种溶解性的催化剂。这种氢化酶蛋白质可以利用电子将两个氢原子结合，这一过程可将能源存储于他们的化学键中。研究人员模仿蛋白质的催化中心，在其周围构建了化学支架。

通常认为，有些催化剂虽然能够有效催化反应进行但速度低，每秒钟可以制造大约1,000个氢分子；有些催化剂虽然低效但能快速催化生成氢气，每秒钟可以制造100,000个氢分子（效率取决于催化剂所需电力量）。以往的研究并没有考虑到催化剂效率与速度之间的联系，因此，仅需针对一种特性进行催化剂设计即可。

为了同时获取催化剂的这两种特性，研究人员将一种慢速催化剂置于一种被称之为酸性离子液体的溶液之中。该溶液是一种液体盐类，是正电荷和负电荷分子或原子的混合液，通常用于蓄电池中，保证电流在正极和负极之间的流动。

研究人员将催化剂、离子液体和一滴水混合起来。催化剂在离子液体和电流的帮助下制造氢分子，将电流中的一些电子填入氢分子的化学键中。继续加入水，催化剂反应速度加快，之后降低，就像低速催化剂一样。当开始向溶液中加入水时，催化速度迅速提高，在水不断加入的条件下催化剂的反应速度也在不断提高。在最大加水量的前提下，催化剂每秒钟可以制造53,000个氢分子，与高速低效催化剂的速度不相上下。最为重要的是，高速催化剂的制氢效率可以与高效催化剂的效率相当。

制氢速度表明，催化剂可以高速移动电子。但是某种物质还会影响质子的移动速度，因为质子带正电荷，会吸引周围的电子。就好比在一条装配线上，质子穿过催化剂或类似于氢化酶的蛋白质而获得电子，完成组合制造氢后从催化剂上脱落。

进一步的实验揭示了这种催化剂-离子液体组合的工作原理。研究人员利用水和离子液体相结合模仿天然氢化酶部分从而扰乱质子的流动。在蛋白质之中，支撑催化中心的化学支架有助于加速质子移动，离子液体和水的混合可能起到同样的作用。在接下来的工作之中，研究人员将会继续探索催化剂在这种混合液中高速工作的原理，最终将其应用氢气制造。