氫氣是一種可持續的清潔能源，在運輸、發電、金屬製造等領域都有很好的應用前景。但傳統的氫氣儲存和運輸成本高，而且比較容易受到汙染。因此，研究人員正在尋找可靠、低成本和簡單的替代技術。更高效的氫氣輸送系統將使許多應用受益。
美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員設計併合成了一種新材料，用於加快從醇類中提取氫氣。這種材料是一種催化劑，由固定在二維基底上的微小鎳金屬簇製成。這種催化劑可以乾淨高效地加速從液體化學載體中去除氫原子的反應。新材料堅固耐用，由地球上儲量豐富的金屬製成，不像現有催化劑多採用貴金屬製成。研究成果發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》雜誌上。
作為催化劑的化合物通常用於提高化學反應的速度，而不消耗化合物本身，它們可能會將一個特定的分子保持在一個穩定的位置上，或者作為一個中介，使一個重要的步驟可靠地完成。對於從液體載體中產生氫氣的化學反應，最有效的催化劑是由貴金屬製成的。但是，這些催化劑成本高，儲量低，容易受到汙染。其他較便宜的催化劑，由較普通的金屬製成，往往效率較低，穩定性較差，這就限制了它們的活性及其在制氫工業中的實際應用。
為了提高這些富含普通金屬的催化劑的性能和穩定性，研究人員修改了一種策略，將重點放在微小、均勻的鎳金屬簇上。微小的團簇是很重要的，因為它們在給定的材料量中最大限度地暴露了活性表面。但它們也容易聚集在一起，從而抑制了它們的反應性。
研究人員設計並進行了一項實驗，通過將直徑為1.5納米的鎳金屬簇沉積到由硼和氮製成的二維基底上，以容納原子尺度的凹點網格，來對抗團聚。鎳金屬簇變得均勻分散，並牢牢地固定在凹點中。這種設計不僅防止了結塊，而且其熱化學特性可以直接與鎳金屬簇相互作用，極大地提高了催化劑的整體性能。
這項工作源於能源部的一項努力，即開發儲氫材料，以滿足氫氣和燃料電池技術辦公室的目標，並優化材料，以便將來用於車輛。
伯克利實驗室團隊未來的工作將進一步完善以支持微小金屬簇的方式修改二維基質的策略，以開發更高效的催化劑。該技術可以幫助優化從液體化學載體中提取氫氣的過程。
論文標題為《Enhanced and stabilized hydrogen production from methanol by ultrasmall Ni nanoclusters immobilized on defect-rich h-BN nanosheets》。