金属催化剂可加速化学反应并减少能量消耗,其催化性与其内部电子结构直接相关。论文主要作者、前斯坦福大学研究生(现工作于哈佛大学)汪淏田解释道:“催化剂的电子结构需要与催化反应中的分子匹配,新方法可压缩或伸拉原子,对电子结构进行调整。”
汪淏田和同事选择钴酸锂材料为研究对象。他们将几层钴酸锂堆积在一起形成电池样电极,通过充电让锂离子离开电极,电极会膨胀0.01纳米,当放电让锂离子重新回来时,电极又会收缩到原来的尺寸。在随后的实验中,他们向钴酸锂电极加入数层铂催化剂,由于金属铂能够与钴酸锂边缘通过化学键结合,催化剂因而能在充放电过程中随着电极同步伸展或收缩0.01纳米。
汪淏田表示,0.01纳米听起来很小,却能大幅提高催化性能。研究发现,压缩让铂催化活性更强,在氧气还原中的性能提高了90%,有望大幅提升氢燃料电池的效率。
论文另一作者、斯坦福大学材料科学与工程学教授崔屹称,新技术提供了调控催化性能的有力方法。借助这种方法,原来性能一般的催化剂,催化性能会得到增强,而之前性能本身就很好的催化剂会变得更强。除了铂,该方法还适用于多种金属催化剂。
总编辑圈点
有些事情,差一点点,结果就完全不同。生活中如此,在科学研究中体现得更为淋漓尽致:挤压铂催化剂缩小0.01纳米,竟然可以使其催化性能提高90%!反过来想,还有多少这样的0.01纳米潜藏在实验室中,等待着科学家去发现,并最终撬动90%的改变?