“理想”水分裂实际上催化剂存在,模拟发现

把水分解成氧气和氢有可能引发全球经济更加可持续,但技术的瓶颈阻碍水分子氧氧化。现在,一组研究人员从都柏林三一学院,爱尔兰,为首马克斯Garcia-Melchor认为他们已经找到一种方法来克服这个障碍。使用传统的独家异构过程的计算模型,他们分析了一系列均匀氧进化催化剂,和预测,不是幻想和理想的催化剂会使水分裂更便宜、更有效。

我们想明白为什么昂贵等金属钌和铱如此活跃的氧化水,我们决定我们的计算集中在均相催化剂因为他们表现出营业额频率两到三个数量级高于最好的异构系统,Garcia-Melchor说。然而,他们决定继续使用传统计算方法用于多相催化。首先,这种方法似乎没有提供预期的结果——预测估计非常贫穷最好的钌催化剂的性能。但我们突然意识到,我们忽略了一些东西,”Garcia-Melchor解释道。我们的理论模型不包括一个关键步骤,一些最好的催化剂进行反应,”他说。一步是额外的单电子氧化o - o键形成之前。当他们把这个考虑仿真开始跑步像足了油的机器。

计算Garcia-Melchor和他的团队让他们预测,一个理想的水氧化催化剂可能存在。维克多Mougel瑞士专家在瑞士苏黎世联邦理工学院的电催化作用,他并没有参与这项研究,解释说,“理想的催化剂将调解水活化反应没有能量损失,只提供所需的热力学能量这一转变”。“到目前为止,所有已知的催化剂对氧进化需要一个过电压,比最低要求更高的能量,导致能量损失,”他补充道。找到一个理想的催化剂会使这个过程更便宜——能量是光解水制氢研究最大的运营成本。

Garcia-Melchor认为,基于地球上充足的元素可以表现出这样的理想的新催化剂性能。这将进一步降低成本-钌、铱极其昂贵,使水分裂开始注重绿色和更加可持续。

执行他们的计算分析,该团队使用反应描述符——物理性质活动相关的单个值。在多相催化,简单描述符有效地描述和预测材料的催化活性,“Mougel解释道。“现在,研究人员将这种方法扩展到均相催化,有巨大的潜力大大减少计算所需的准确的预测,”他补充道。结果已经相当有前途的——“他们发现了一种新的具体描述符是至关重要的解释和推断的活动分子水氧化催化剂,Mougel笔记。然而,化学家将需要这些预测的实验确认。

到目前为止,研究人员只分析了17个齐次催化剂作为一个概念证明。然而,这铺平了道路更好地预测催化剂分析大数据集,“Mougel说。的机器学习仍然是盛开在催化领域,但它可以成为一个非常有效的工具,“Garcia-Melchor补充道。使用正确的描述符,我们可以训练算法提出更好的催化剂,然后确认这些结果与量子化学模拟和实验在实验室,通常更昂贵和费时,”他说。我们已经在这个方向,我们希望报告新发现很快。”