蓋世汽車訊 據外媒報導，由勞倫斯伯克利國家實驗室的分子實驗室領導的研究團隊設計併合成超小鎳納米簇(約1.5 nm)，可沉積在富含缺陷的氮化硼納米片上構成催化劑(Ni/BN)，具有優異的甲醇脫氫活性和選擇性。
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研究人員表示，該催化劑可以加速反應，清潔高效地從甲醇等液體化學載體中脫離氫原子。與現有由貴金屬製成的材料不同，這種材料堅固耐用，由儲量豐富的金屬製成，具有推動可行性氫能源發展的潛力，應用範圍廣泛。
對於利用液體載體制氫的化學反應來說，最有效的催化劑由貴金屬製成，然而這些催化劑成本高、產量低，易受汙染。其他由更常見的金屬製成的催化劑，雖然成本較低，卻往往效率較低，穩定性較差，影響催化活性及其在制氫行業的實際應用。為了提高這些低成本金屬催化劑的性能和穩定性，研究負責人Urban及其同事調整策略，將重點放在微小的、均勻的鎳金屬簇上。這些微小的團簇在既定數量材料中，能夠充分擴展反應表面，發揮重要作用，然而它們有可能聚集在一起，並抑制反應活性。
主要研究人員Chuckhole Zhang和Ji Su設計並進行實驗，將直徑為1.5 nm的鎳金屬簇沉積在由硼和氮組成的2D基板上。這些基板中帶有原子層面凹窩網絡，可以防止結塊，使鎳金屬簇在其中均勻分散，並牢固地固定在凹窩中。
這種設計不僅能夠防止結塊，而且通過直接與鎳金屬簇作用，可以提供優異的熱性能和化學性能，並大幅提升催化劑整體性能。研究發現，在團簇形成和沉積階段，下墊面的作用至關重要，並可為理解它們在其他過程中的作用提供線索。通過詳細的X射線和光譜測量，再結合理論計算，可以揭示關於下墊面的許多情況，及其在催化過程中的作用。利用美國能源部在伯克利實驗室的用戶設施先進光源（Advanced Light Source）的工具和計算建模方法，研究人員可以確定，在形成和沉積微小鎳金屬簇的過程中，2D薄片的物理和化學性質變化。
研究團隊認為，在材料形成過程時，金屬簇佔據了薄片的原始區域，並與附近邊緣相互作用，從而使團簇保持微小尺寸。在從液體載體中分離氫的過程中，這些微小而穩定的團簇能起到促進作用，使催化劑具有優異的選擇性、生產率和穩定的性能。與近期報導的其他催化劑相比，這是活性最好的催化劑之一。計算表明，其原因在於催化劑的大小。
研究人員David Prendergast和Ana Sanz-Matias利用模型和計算方法，揭示這種微小金屬簇獨特的幾何和電子結構。裸露金屬原子大量存在於這些微小的團簇上，與較大的金屬顆粒相比更容易吸引液體載體；同時，可以簡化從載體上脫氫的化學反應步驟，並防止形成汙染物，以免堵塞團簇表面，因此在關鍵制氫反應步驟中，該材料可以保持無汙染狀態。這些性能均受益於故意引入2D薄片中的缺陷，有助於團簇保持小尺寸。
在此項研究中，研究人員開發出一種相對便宜、容易獲得和穩定的催化材料，有助於從液體載體中脫氫作為燃料。伯克利實驗室團隊將進一步調整策略，改良支持微小金屬簇的2D基板，以開發更高效的催化劑，優化從液體化學載體中提取氫氣的工藝。