俄罗斯友谊大学：研发出高效率、低成本产氢的钌纳米颗粒催化剂

图为化学家们对开发的二氧化钛基钌纳米催化剂在甲醇 - 水混合物中氢气排放影响的检测情况。 图片来源：Allen Dressen

来自RUDN（俄罗斯友谊大学）的化学家，其最近有了一个令人惊奇的发现，即利用钌纳米颗粒催化剂在可见光和紫外线辐射的影响下获得氢气。正是该项目的研究，使得其成为钌纳米颗粒催化剂研究的第一人，而且在不久的未来，这种催化剂也可用于在阳光的影响下大规模生产氢燃料。而关于该研究的成果发表在《Applied Catalysis B：Environmental》。

光化学反应作为生产“绿色燃料”最环保的方式之一。其具有加热原料不需消耗大量能量，也不需高压水平的特点。而为了保持反应的速度我们仅需要给予该过程一些光以及光催化剂。其中，基于铂，金和钯的光催化剂在诸如乙醇等生物质衍生物中提取氢等光化学反应中是高效的。然而，这些高效催化剂存在着一个致命的缺点--金属价格昂贵，所以科学家们正在寻求一种既高效又低成本的光催化剂。

RUDN化学家与他们的西班牙同事一起研究了富含钌颗粒的二氧化钛的光催化活性。而且他们利用这个具有光催化活性的物质第一次来获取氢气。同时他们监测了二氧化钛基钌纳米催化剂在甲醇 - 水混合物中对氢气排放的影响。为了更深入的研究，该团队研究了四种催化剂（含有1％，2％，3％和5％的钌含量），并将其都分别在可见光和紫外线辐射的存在下进行了测试。

然而，在之前的研究中，很少有人使用二氧化钛和钌系统。因此，研究员们着重表征了它们的组成和光学性质，其中包括量子效率。其意义在于表示材料的光敏性，具体而言就是计算为导致材料中形成自由电子的光子总数与吸收的光子总数之比。这也是用于比较物质的光催化活性的主要参数。

实验表明，在紫外线辐射下含钌光催化剂的活性与铂和钯催化剂相当。基于其他研究，计算出的铂基或钯基化合物的量子效率由1.9％至5.1％，钌光催化剂的结果也保持在此范围内。其中，计算出钌含量为3％的光催化剂有最佳的量子效率（3.1％）。 考虑到钌催化剂的廉价性，其有望应用于工业生产。然而，钌催化剂在可见光下的活性非常低（量子效率不超过0.6％），但作者预计在阳光下的活性会增加到1.1%。而且科学家们已经开始验证这一假设。

医学界，以及RUDN的访问学者，兼分子设计和创新化合物合成中心主任Raphael Luke解释道：“我们基于二氧化钛和钌的催化剂似乎是通用系统，并帮助我们在紫外光和可见光的影响下获得足够量的氢。我们也模拟了光与物质之间的反应并计算了我们所有样品的量子效率，我们了解到催化剂活性的关键作用是由钌和二氧化钛颗粒之间的相互作用，特别是钌颗粒的浓度和它在材料表面含有氧的化合物。但是这种现象的确切机制尚未发现。所以我们会继续研究。而且我们目前正在西班牙和俄罗斯进行再阳光下的获得氢气的实验。


原文题目：Chemists test a new nanocatalyst for obtaining hydrogen，原文来自：phys，由材料科技在线团队编译。